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基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断及死区补偿方法技术

技术编号:4060844 阅读:645 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及桥式变流器,旨在提供一种基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断及死区补偿方法。本发明专利技术在桥式变流器中开关器件均有驱动芯片,且驱动芯片上带有短路保护功能。利用该短路保护功能,检测驱动芯片上的短路保护引脚的电压,将其与特定的电压基准进行比较,从而可根据开关器件的输出特性判断输出电流的状态。根据输出电流的不同状态,再对电路采取不同的死区补偿量。本方法能够避免死区补偿量不合适而引起的输出电流畸变,使得输出电流、输出电压更加接近正弦波,从而提高桥式变流器的工作性能。另外,直接利用电路中的元器件判断输出电流的状态,能够大大地降低电路的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及桥式变流器,属于电力电子
,特别涉及一种基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断及死区补偿方法。
技术介绍
在电力电子
中,对于开关器件而言,均存在开通延时和关断延时。于是,在桥式变流器斩波控制方法中都有加入死区时间,以避免上、下桥臂因同时导通而损坏。通常情况下,死区时间的设置都是将控制信号的上升沿向后延时一个死区时间。对于桥式变流器而言,在死区时间内,上、下桥臂的器件均处于关断状态,其输出电压由输出电流决定,从而造成了输出电流的畸变。由于死区时间的设置是不可避免的,于是在控制方法中都对系统进行死区补偿。在进行死区补偿时,必须对输出电流进行检测。输出电流的极性检测方法很多,但在过零点附近的输出电流极性检测往往存在误差,因此往往会对系统进行误补偿,最终没法减小输出电流的畸变甚至会加大输出电流的畸变。因此在过零点附近的输出电流的极性检测以及相应的补偿量的选取尤为重要。另外,对桥式变流器而言,所使用的开关器件驱动芯片通常具有短路保护的功能,短路保护的原理如图2所示。当开关器件处于导通状态时,驱动芯片判断短路保护引脚的电压,当短路保护引脚电压大于一定值时,驱动芯片判断电路发生过流,于是关断开关器件以保护器件。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,提供一种基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断及死区补偿方法。本专利技术结合短路保护,通过检测驱动芯片的短路保护引脚的电压,推测开关器件的导通压降,进而判断系统的输出电流的状态,再根据输出电流的不同情况采取不同的死区补偿措施。为解决技术问题,本专利技术提出一种基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断方法,包括下述步骤:(1)在每个开关周期分别检测上下桥臂的IGBT驱动芯片短路保护引脚的电压峰值VP、VN;(2)将VP、VN分别与特定的电压基准V1进行比较,并将比较结果通过触发器锁存输出电流状态的逻辑判断信号SP1、SN1;所述V1为一个根据IGBT器件特性而设定的弱电流下集射极间的参考电压,为IGBT开始向基区注入少数载流子时的集射极间电压,在此电压值以下所对应弱电流范围内,IGBT还未向基区注入少数载流子;如果所检测电压VP、VN均小于V1,说明输出电流非常接近于零,不必对桥式变流器进行死区补偿。-->(3)将VP、VN分别与特定的电压基准V2进行比较,并将比较结果进行锁存获得输出电流状态逻辑判断信号SP2、SN2;所述V2为一个根据IGBT器件特性而设定的低电流下集射极间的一个参考电压,取为在IGBT输出特性曲线中与输出电流纹波峰值ΔIO相对应的集射极间电压,V2>V1;如果所检测电压小于V2,说明输出电流处于过零状态,需要对死区补偿进行修正。(4)根据步骤(2)和(3)所述的四位输出电流状态判断信号SP1、SP2、SN1、SN2判定输出电流处于下述5种状态中的一种:①当VP>V2、VN<V1时,四位输出电流状态判断信号为1100,表示输出电流处于大电流状态,且极性为正;②当V2>VP>V1、VN<V1时,四位输出电流状态判断信号为1000,表示输出电流处于过零阶段,且均值极性为正;③当VP<V1、VN<V1时,四位输出电流状态判断信号为0000,表示输出电流处于极小电流状态;④当VP<V1、V2>VN>V1时,四位输出电流状态判断信号为0010,表示输出电流处于过零阶段,且极性为负;⑤当VP<V1、VN>V2时,四位输出电流状态判断信号为0011,表示输出电流处于大电流状态,且极性为负。更进一步地,本专利技术提出一种基于前述用于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断方法的死区补偿方法,包括下述步骤:(1)若输出电流处于极小电流状态,则不对变流器的开关驱动信号进行补偿;(2)若输出电流处于大电流状态,且均值极性为正,则对变流器的开关驱动信号附加一个补偿量+K;(3)若输出电流处于大电流状态,且均值极性为负,则对变流器的开关驱动信号附加一个补偿量-K;(4)若电流处于过零阶段,则根据输出电流的极性和进入过零阶段前的状态对本次过零阶段进行死区补偿,包括:①当输出电流极性为正,且由大电流状态进入过零阶段时,对变流器的开关驱动信号附加一个从+K开始,并且逐周期递减K/n的补偿量;当检测到输出电流进入极小电流状态时,本次过零阶段的死区补偿结束;②当输出电流极性为正,且由极小电流状态进入过零阶段时,对变流器的开关驱动信号附加一个以+K/n为基准,并且逐周期递增K/n的补偿量;当检测到输出电流进入大电流状态时,本次过零阶段的死区补偿结束;③当输出电流极性为负,且由大电流状态进入过零阶段时,对变流器的开关驱动信号附加一个从-K开始,并且逐周期递增K/n的补偿量;当检测到输出电流进入极小电流状态时,本次过零阶段的死区补偿结束;④当输出电流极性为负,且由极小电流状态进入过零阶段时,对变流器的开关驱动信号附加一个以-K/n为基准,并且逐周期递减K/n的补偿量;当检测到输出电流进入大电流状态时,本次过零阶段的死区补偿结束。在本专利技术中,系数K是一个根据变频器系统特性确定的常系数。常系数K的确定-->需综合考量死区时间以及器件的开通延迟时间、关断延迟时间、导通压降和反向续流压降,对此,本领域技术人员可以其熟悉的方式定义一个K的数值。根据死区对于输出电压所造成的实际影响,K值选取应综合考虑死区时间tdead以及器件的开通延迟时间td_on、关断延迟时间td_off、以及器件的平均导通压降和反向续流压降所产生的等效误差时间tavon。因此K的表达式可以表述为(tdead+td_on-td_off+tavon)。对于本领域技术人员而言,常系数K的确定是很常用的一种技术手段,因此本专利技术不再就此赘述。所述n为过零阶段所持续的开关周期个数,是一个根据变流器系统特性确定的常系数,与变频器的IGBT开关频率与输出电流纹波大小相关;在本专利技术中,系数n综合考虑输出电流、输出电流纹波、输出电流频率以及变流器系统的开关工作频率。设ΔIO为输出电流的纹波峰值,IO为输出电流有效值,fw为IGBT开关频率,f为变流器输出电流频率。若输出电流过零阶段的持续时间为tcross,则应有近似关系式因此系数n则取为过零阶段所持续的开关周期个数,即这样便可以死区补偿量在输出电流的过零阶段有比较平滑的过渡过程。本专利技术的有益效果在于:该专利技术利用电路中开关器件的驱动芯片自带的短路保护引脚来检测开关器件的导通压降,从而判断输出电流的极性、大小,进而选取适当的死区补偿量。本方法能够在输出电流较小阶段,向系统提供更为合适的死区补偿量,在输出电流极小阶段,不添加死区补偿量,从而大大减小由于死区补偿不当而造成的输出电流的畸变。另外,本方法直接利用驱动芯片的短路保护引脚,能大大减小系统硬件的复杂程度以及成本。在桥式变流器中,使用本方法,可以减小由于死区补偿不准、不合理引起的输出电流纹波大、输出电流THD高等问题,可为后级提供性能更高的电源。附图说明图1是本专利技术提出的一种与短路保护相结合的死区补偿方法的系统框图。图2是本专利技术中信号处理电路部分。图3是本专利技术中某款IGBT的伏-安特性曲线。图4是本专利技术中对输出电流状态进行判断并对系统进行死区补偿的流程图。具体实施方式为了更加详细地介绍本本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断方法,包括下述步骤:(1)在每个开关周期分别检测上下桥臂的IGBT驱动芯片短路保护引脚的电压峰值V↓[P]、V↓[N];(2)将V↓[P]、V↓[N]分别与特定的电压基准V↓[1]进行比较,并将比较结果通过触发器锁存输出电流状态的逻辑判断信号SP↓[1]、SN↓[1];所述V↓[1]为一个根据IGBT器件特性而设定的弱电流下集射极间的参考电压,为IGBT开始向基区注入少数载流子时的集射极间电压,在此电压值以下所对应弱电流范围内,IGBT还未向基区注入少数载流子;(3)将V↓[P]、V↓[N]分别与特定的电压基准V↓[2]进行比较,并将比较结果进行锁存获得输出电流状态逻辑判断信号SP↓[2]、SN↓[2];所述V↓[2]为一个根据IGBT器件特性而设定的低电流下集射极间的一个参考电压,取为在IGBT输出特性曲线中与输出电流纹波峰值AI↓[O]相对应的集射极间电压,V↓[2]>V↓[1];(4)根据步骤(2)和(3)所述的四位输出电流状态判断信号S↓[P1]、S↓[P2]、S↓[N1]、S↓[N2]判定输出电流处于下述5种状态中的一种:①当V↓[P]>V↓[2]、V↓[N]<V↓[1]时,四位输出电流状态判断信号为1100,表示输出电流处于大电流状态,且极性为正;②当V↓[2]>V↓[P]>V↓[1]、V↓[N]<V↓[1]时,四位输出电流状态判断信号为1000,表示输出电流处于过零阶段,且均值极性为正;③当V↓[P]<V↓[1]、V↓[N]<V↓[1]时,四位输出电流状态判断信号为0000,表示输出电流处于极小电流状态;④当V↓[P]<V↓[1]、V↓[2]>V↓[N]>V↓[1]时,四位输出电流状态判断信号为0010,表示输出电流处于过零阶段,且极性为负;⑤当V↓[P]<V↓[1]、V↓[N]>V↓[2]时,四位输出电流状态判断信号为0011,表示输出电流处于大电流状态,且极性为负。...

【技术特征摘要】
1.一种基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断方法,包括下述步骤:(1)在每个开关周期分别检测上下桥臂的IGBT驱动芯片短路保护引脚的电压峰值VP、VN;(2)将VP、VN分别与特定的电压基准V1进行比较,并将比较结果通过触发器锁存输出电流状态的逻辑判断信号SP1、SN1;所述V1为一个根据IGBT器件特性而设定的弱电流下集射极间的参考电压,为IGBT开始向基区注入少数载流子时的集射极间电压,在此电压值以下所对应弱电流范围内,IGBT还未向基区注入少数载流子;(3)将VP、VN分别与特定的电压基准V2进行比较,并将比较结果进行锁存获得输出电流状态逻辑判断信号SP2、SN2;所述V2为一个根据IGBT器件特性而设定的低电流下集射极间的一个参考电压,取为在IGBT输出特性曲线中与输出电流纹波峰值AIO相对应的集射极间电压,V2>V1;(4)根据步骤(2)和(3)所述的四位输出电流状态判断信号SP1、SP2、SN1、SN2判定输出电流处于下述5种状态中的一种:①当VP>V2、VN<V1时,四位输出电流状态判断信号为1100,表示输出电流处于大电流状态,且极性为正;②当V2>VP>V1、VN<V1时,四位输出电流状态判断信号为1000,表示输出电流处于过零阶段,且均值极性为正;③当VP<V1、VN<V1时,四位输出电流状态判断信号为0000,表示输出电流处于极小电流状态;④当VP<V1、V2>VN>V1时,四位输出电流状态判断信号为0010,表示输出电流处于过零阶段,且极性为负;⑤当VP<V1、VN>V2时,四位输出电流状态判断信号为0011,表示输出电流处于大电流状态,且极性为负。2.一种基于权利要求1所述基于IGBT驱动芯片短路保护的电流状态判断方法...

【专利技术属性】
技术研发人员:王斯然周霞陈基锋吕征宇
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:86[中国|杭州]

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