【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子，具体涉及一种防止三电平变换器功率器件过电压的方法及装置，确保功率器件不会承受过电压的电路拓扑和控制方法。
技术介绍
1、三电平变换器拓扑主要分为二极管钳位npc型和t型两种结构，相比于两电平变换器，npc型具有输出电压应力低，谐波含量少，特别是功率器件理论上只承受一半母线电压等优点，因而得到广泛的应用，是高压大功率变换器的首选方案之一。目前针对三电平变换器的研究热点是如何平衡三电平变换器中点o的电位，即稳态和动态过程中电压upo基本等于电压uon。
2、通过深入分析研究表明，利用已有的中点电压平衡控制策略可以实现upo≈uon，然而三电平变换器中功率器件如果没有采取合理的导通和关断时序，极易造成桥臂功率器件承受过高电压而损坏。例如，当图2中功率管ta1和ta2导通，电流从a相流出时，由于变换器故障或受强干扰等原因造成ta1和ta2同时关断，电流则通过功率管ta3和ta4的反并联二极管续流，ta2发射极电压由upo变为-uon，ta1和ta2直接承受母线电压，此换流动态过程十分容易造成ta1或ta2承受过高电压而损坏；尤其严重的是，当功率管ta1和ta2导通，ta2由于负载过流或短路时，驱动qa2过电流退饱和关断ta2，直流母线电压直接作用于ta2造成过压而损坏。
3、基于上述分析，现有技术存在的问题和缺陷为：
4、(1)由于导通和关断时序控制不当，三电平变换器中的功率器件(如功率管ta1和ta2)在某些情况下(如换流、负载过流或短路等)容易出现过电压，导致器件损坏。p>
5、(2)在变换器出现故障或受到强干扰的情况下，如何有效保护功率器件，防止因过电压导致的损坏是一个技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服三电平变换器过电压问题，提出了一种防止三电平变换器功率器件过电压的方法，技术方案具体为：输入驱动信号sx1、sx1、sx2和sx2经过逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的时序逻辑电路产生信号px1、px2、px3和px4，并通过驱动电路qx1、qx2、qx3和qx4实现多种工况下功率器件不出现过电压。这里以x(可以是a、b、c中任意一相)相桥臂四个功率管开关逻辑为例，具体实现如下：
2、(1)输入驱动信号sx1和sx2同时变为高电平时，经附图1逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的时序逻辑电路输出改进的驱动信号px1和px2，px1较px2延迟δt1(δt1根据实际工况可任意修改)时间变为高电平，实现外管tx1比内管tx2延迟开通；反之，sx1和sx2同时变为低电平时，改进的驱动信号px2较px1延迟δt2(δt2根据实际工况可任意修改)时间变为低电平，实现内管tx2比外管tx1延迟关断；同理，和同时变为高电平时，也能保证外管tx4比内管tx3延迟δt1开通；和同时变为低电平时，内管tx3比外管tx4延迟δt2关断。
3、(2)输入驱动信号sx1与改进的驱动信号px3，经附图1逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的时序逻辑电路输出改进的驱动信号px1，px1与px3具有互锁功能，由于外部因素干扰造成sx1和都为高电平时，px1与px3均自动变为低电平，防止直流母线电压直接作用于管tx4过压而损坏；同理，px2与px4具有互锁功能，防止直流母线电压直接作用于管tx1过压损坏。
4、(3)qx1和qx4具有过电流退饱和自动封锁驱动信号的功能，qx2和qx3具有过电流退饱和驱动信号保持的功能，能够确保过电流时，外管tx1(tx4)关断，内管tx2(tx3)状态保持，防止过电压产生。
5、本专利技术的另一目的在于提供一种防止三电平变换器功率器件过电压的装置，包括时序逻辑电路模块，其中包括逻辑门和可控上升沿和下降沿延时电路，用于处理输入的pwm信号，实现延时和互锁输出。
6、进一步，还包括驱动电路模块，其中包括过电流退饱和封锁驱动电路(qx1和qx4)和信号保持驱动电路(qx2和qx3)，过电流退饱和封锁驱动电路包含过电流监测单元和封锁驱动单元，用于过电流时自动封锁驱动信号；信号保持驱动电路过电流时驱动信号电平保持不变。
7、进一步，还包括驱动信号控制模块，其中包括延时控制单元，用于根据描述的逻辑，控制外管和内管驱动信号的上升沿和下降沿延时，以及驱动信号px1与px3(px2与px4)的互锁，以防止误导通。
8、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
9、第一，三电平变换器功率器件正常工作换流时，如果内外管驱动信号同时变为高电平，能够保证外管延迟开通；如果内外管驱动信号同时变为低电平，能够保证内管延迟关断，从而避免过电压产生。三电平变换器故障(如过流、过压、短路)时，可以保证外管tx1(或tx4)先关断，防止过电压产生；驱动信号互锁能够消除三电平变换器驱动信号受强干扰造成的功率器件误导通引起的过电压问题。
10、本专利技术通过对驱动信号的处理，在多种工况以及异常情况下，输出合理时序的驱动信号控制桥臂内外管开通或关断，确保三电平变换器不产生过电压，从而保证三电平变换器系统的可靠、安全与稳定运行。该专利技术在多种复杂工况下都能表现出色，极大地拓宽了该技术方案的应用范围，不限于特定类型的三电平变换器，具有很高的实用价值。
11、第二，本专利技术的积极技术效果还体现在以下几个重要方面：
12、提高设备安全性和可靠性：通过精细控制功率器件的开关动作，特别是通过复杂时序逻辑电路确保驱动信号的适当延迟和互锁功能，本专利技术有效防止了功率器件可能发生的过电流或过电压，大大提高了变换器的整体安全性和可靠性。
13、过电流保护功能：引入具有过电流退饱和封锁与信号保持驱动电路，能够在监测到过电流情况时进行及时的响应。封锁驱动电路能够在监测到过电流时迅速封锁驱动信号，保护功率器件不受损害，而信号保持驱动电路则维持当前状态，确保内管与外管不同时关断，避免过电压产生。
14、优化器件控制策略：通过可控的上升沿和下降沿延时，本专利技术允许更精确的控制策略，以适应不同的工作条件和功率级别，这对于提高变换器的性能具有重要意义。
15、灵活性和可编程性：通过使用可编程逻辑器件(如cpld或fpga)，时序逻辑电路的设计不仅变得灵活，而且可以根据不同的应用需求进行定制，从而提供更广泛的适用性。
16、降低维护成本和延长设备寿命：减少了由于过电压或过电流导致的设备故障和损坏，这意味着更低的维护成本和更长的设备使用寿命。
17、提升系统整体性能：准确的时序控制和过电流保护不仅提高了设备的安全性，还有助于优化整个系统的性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，采用了由逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的复杂时序逻辑电路，以及过电流退饱和封锁与信号保持驱动电路。
2.如权利要求1所述的防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的时序逻辑电路能够保证驱动外管的信号Sx1比驱动内管Tx2的信号Sx2延迟Δt1时间作用于Tx1使其开通，同时驱动内管的信号Sx2比驱动外管Tx1的信号Sx1延迟Δt2时间作用于Tx2使其关断。
3.如权利要求1所述的防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的时序逻辑电路能够保证驱动外管的信号比驱动内管Tx3的信号延迟Δt1时间作用于Tx4使其开通，同时驱动内管的信号比驱动外管Tx4的信号延迟Δt2时间作用于Tx3使其关断。
4.如权利要求1所述的防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，驱动电路Qx1和Qx4具有过电流退饱和自动封锁驱动的功能，而Qx2和Qx3具有过电流退饱和驱动信号保持功能。
5.如权利要求1所述的
6.一种防止三电平变换器功率器件过电压的装置，其特征在于，包括时序逻辑电路模块，其中包括逻辑非门、或门、与门，上升沿延时可控电路和下降沿延时可控电路，具体为逻辑门实现对应逻辑运算，上升沿延时可控电路实现PWM信号具体工况所需的上升沿延时，下降沿延时可控电路实现PWM信号具体工况所需的下降沿延时，逻辑门与延时可控电路按照特定方式组合使得输入的PWM信号具有延时和互锁功能。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括驱动电路模块，其中包括过电流退饱和封锁驱动电路Qx1和Qx4和信号保持驱动电路Qx2和Qx3，过电流退饱和封锁驱动电路具有电流监测和封锁驱动的功能，监测到过电流时自动封锁驱动信号，功率器件关断；退饱和信号保持驱动电路监测到过电流时，驱动信号电平状态保持不变，功率器件开关状态维持不变。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括逻辑非门、或门、与门、上升沿延时可控电路和下降沿延时可控电路可由单片复杂可编程逻辑器件(CPLD或FPGA)编程实现，可灵活设置上升沿延时间和下降沿延时间，以满足不同功率等级变换器的实际需求。
...【技术特征摘要】
1.一种防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，采用了由逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的复杂时序逻辑电路，以及过电流退饱和封锁与信号保持驱动电路。
2.如权利要求1所述的防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的时序逻辑电路能够保证驱动外管的信号sx1比驱动内管tx2的信号sx2延迟δt1时间作用于tx1使其开通，同时驱动内管的信号sx2比驱动外管tx1的信号sx1延迟δt2时间作用于tx2使其关断。
3.如权利要求1所述的防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，逻辑门与可控上升沿和下降沿延时构成的时序逻辑电路能够保证驱动外管的信号比驱动内管tx3的信号延迟δt1时间作用于tx4使其开通，同时驱动内管的信号比驱动外管tx4的信号延迟δt2时间作用于tx3使其关断。
4.如权利要求1所述的防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，驱动电路qx1和qx4具有过电流退饱和自动封锁驱动的功能，而qx2和qx3具有过电流退饱和驱动信号保持功能。
5.如权利要求1所述的防止三电平变换器功率器件过电压的方法，其特征在于，由逻辑门与可控上升沿和下降...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈兮，王海港，黄声华，杨鑫程，周武，贺晓红，谢兵兵，杨剑，
申请(专利权)人：湖北师范大学，
类型：发明
国别省市：
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