用于驱动感性负载的三相多电平逆变桥的短路恢复的故障处理系统，该系统在命令饱和的开关断开之前，等待开关去饱和，或等待基于饱和的开关损坏前一定时间的延迟时间结束，且该系统在三相输出两端人为产生完全短路，以迫使传导故障电流的开关去饱和。在故障过程中，通过延迟逆变桥的断开，等待去饱和出现，以提高开关寿命的统计可能性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0001使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)和类似的开关器件的逆变桥的故障处理，诸如与三相交流电机一起使用的逆变桥。 相关技术描述 0002逆变桥提供受控的能量以驱动感性负载。逆变桥内的多个开关顺序地开关来改变逆变桥的输出电压。输出一般为三相交流电压。公布于2002年5月10日的PCT出版物WO 02/37654 A2和公布于2004年2月19日的WO 2004/015851 A2对逆变桥的拓扑结构、顺序开关方案、和电路及执行顺序开关方案的过程的一般背景进行了描述，这里以参考文献形式并入这些申请的内容。示例的三电平逆变桥的拓扑结构图解说明于图1。0003在常规的逆变桥中，故障状况(短路)的特征可分为两类。第一类为类型I故障。类型I故障一般为驱动器内部的故障(例如，IGBT损坏或低电感输出故障)。低阻抗造成通过IGBT的电流(di/dt)增加很大，驱使IGBT去饱和(desaturate)。0004当检测到类型I故障时，顺序地命令逆变桥的开关到断开状态。因为开关没有饱和，电流衰减很慢，不会产生可观的电压尖峰。因此，很容易处理两电平逆变桥的类型I故障，本领域已经有许多已知的处理方法。0005第二类为类型II故障，其一般为逆变桥外部的故障，如电缆短路或电机故障。发生故障的电路的阻抗一般很高，使流过IGBT的电流上升很慢。结果，在类型II故障状况下，IGBT饱和；或当某一IGBT已处于饱和时，会发生类型II故障。0006在类型II故障状况下，当命令处于饱和的IGBT断开时，IGBT可以快速断开。然而，饱和状态下的开关转换引起的电压尖峰可能损坏晶体管。电压尖峰是由于电路的泄露电感乘以负电流di/dt产生的反电动势造成的。在类型II故障中，电流上升到高出IGBT的额定标称电流几倍的水平。0007对逆变桥而言，类型II短路故障是最糟糕的情况，对多电平(三电平或多电平)逆变桥尤为如此，其原因是在故障状况中，故障使IGBT饱和。类型II故障涉及短路通路电感，它引起受限的di/dt电流的增大，使电流上升到IGBT的最大额定电流之上，而不使IGBT进入去饱和状态。0008现有的解决这类问题的方法通常会产生其它问题。例如，给逆变桥增加附加电路以切断送给感性负载的功率，其不用断开IGBT命令，但实际上增加了逆变桥电路的泄漏电感，因此使其它无害的电流变化(switching)di/dt产生有害的电压尖峰。相比较而言，在类型II故障中，如果命令开关断开，故障电流上升到超过IGBT的最大额定电流，则由负电流di/dt产生的电压尖峰极有可能损坏IGBT。0009如图2所示，类型II故障开始时刻(t1)，电流上升很慢。然而，逆变控制器识别过载情形的时刻(t2)和短路电流超过最大额定电流的时刻(t3)之间的时间通常比单个IGBT断开所需要的时间短。因为随着所使用开关的功率处理容量的增大，固有时间延迟增长，故障电流继续上升，在控制器能够动作之前或开关确实执行断开命令而断开之前，进入了开关断开的禁止区域。0010使上升时间进一步变慢的一个方法是人为增大逆变桥输出的电感。然而，这会增加损耗，且当电感本身是造成短路的原因时，该方法不适用。0011一旦故障电流进入开关断开的禁止区域，只有当之后的电流减小到低于IGBT的最大额定电流(Imax)，或当电流超过使IGBT去饱和的所需电流时，才有可能安全断开。然而，在故障状况(t4)下，一旦IGBT达到去饱和电流水平，在没有造成IGBT热损坏之前，只有很短的时间断开开关。0012到目前为止，在常规设计中，当命令类型II故障中的IGBT断开时，通常故障电流电感会使任一逆变桥面临去饱和的危险。而且，对于常规的逆变桥，即使逆变桥控制器按适当的顺序命令开关断开，由于在开关串联的情况下通常随机出现去饱和，所以还是会出现开关损坏的情况。
技术实现思路
0013本专利技术为一种新的控制方案，其用于在短路情况下，包括类型II故障，保护逆变桥中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。经历类型II故障的晶体管快速断开。本专利技术的原理适用于所有厂家生产的所有低压，中压或高压的交流驱动。此外，当逆变桥的开关为其它类型的晶体管，晶体管在故障状况下经历去饱和状态，本专利技术的原理也同样适用，如双极结型晶体管(BJTs)和场效应晶体管(FETs)。0014三相逆变桥具有三个支路和“L”个母线电压电平(L≥2)。每一支路提供驱动感性负载的三相输出中的一相。图1图解说明了示例的三电平逆变桥，图3，4和5图解说明了两电平，四电平和五电平逆变桥的单个支路。0015L电平之一为最高负(most negative)母线电压，L电平之一为最高正(most positive)母线电压。任一中间的母线电压电平与其它母线电压电平的差值为 0016逆变桥的每一支路包括两个半支路第一二分之一支路包括连接在最高正母线电压和相应相输出之间的开关，和第二二分之一支路包括连接在最高负母线电压和相应相输出之间的开关。0017在有三电平或多电平的逆变桥的半支路中，指向最高正导轨或最高负导轨的方向为“外面”，反之指向相输出的方向为“里面”。例如，参考图5，开关S1和S8为最外面的开关，反之，开关S4和S5为最里面的开关。0018本领域公知，无论在正常运行状况还是在故障状况，断开开关时，每半支路的开关必须顺序地从外向内断开。本专利技术通过增加外面开关去饱和及先断开的可能性，使外面开关易于安全断开。0019本专利技术第一方面为一种控制逆变桥的方法，每一支路都包括将逆变桥的三相输出中的每一相的瞬时输出电流(Io)与支路中各开关的开关额定标称电流(INom)和过载电流限值(IOL)的和相比较。选择过载电流限值IOL以使IOL+INom满足Imax＞IOL+INom≥INom，Imax为支路开关的最大额定电流。如果|Io|＞INom+IOL，传导大于INom+IOL的瞬时输出电流(Io)的开关被识别，并确保没有传导Io且处于关闭状态的开关为断开状态。如果支路中在接通状态的开关在没有传导大于INom+IOL的瞬时输出电流Io的半支路中，该半支路的开关以常规方式顺序地断开。0020也将瞬时电流(Io)和Imax进行比较。如果INom+IOL＜|Io|≤Imax，命令半支路中所有传导Io并保持在接通状态的开关呈现断开状态，并继续比较|Io|＞Imax。在最后一个开关被命令到断开状态之后的一段不超过等待时间(toff)的时间内，继续进行|Io|＞Imax的比较。将等待时间(toff)定义为开关的额定断开时间，其等于断开延迟时间和电流下降时间之和。0021如果|Io|＞Imax，检查保持在接通状态的最外面的开关是否去饱和。如果开关是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或双极结型晶体管(BJT)，检查去饱和的方法是，通过确定开关的集电极-发射极电压(Vce)是否大于开关的额定饱和集电极-发射极电压(Vce sat)，其中，如果Vce≤Vce sat时，开关没有去饱和，如果Vce＞Vce sat则开关去饱和。0022如果开关没有去饱和，保持在接通状态的最外面的开关仍保持接通状态，在最外面的开关和相输出之间的任一开关保持接通状态。如果已经命令最外面的开关和保持在接通状态的最外面的开关和相输本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种控制具有三个支路的三相逆变桥的方法，每一支路作为三相输出中的一相驱动感性负载，所述逆变桥具有“Ｌ”个母线电压电平Ｌ≥２，其中，Ｌ个电平中的一个为最高负母线电压，Ｌ电平中的一个为最高正母线电压，每一支路包括两个半支路，第一二分之一 支路包括连接在所述最高正母线电压和各自的相输出之间的晶体管开关，和第二二分之一支路包括连接在所述最高负母线电压和相应的相输出之间的晶体管开关，其中，在半支路中，外面定义为指向所述最高正母线电压或最高负母线电压，里面定义为指向所述相输 出，其中对每一支路，所述方法包括：将所述逆变桥的三相输出中的一相的瞬时输出电流Ｉ↓［ｏ］的幅值与支路的晶体管开关的一晶体管开关的额定标称电流Ｉ↓［Ｎｏｍ］和过载电流门限Ｉ↓［ＯＬ］之和进行比较，其中Ｉ↓［ＯＬ］＋Ｉ↓［Ｎｏｍ ］满足Ｉ↓［ｍａｘ］＞Ｉ↓［ＯＬ］＋Ｉ↓［Ｎｏｍ］≥Ｉ↓［Ｎｏｍ］，Ｉ↓［ｍａｘ］为所述支路的所述晶体管开关的最大额定电流；响应Ｉ↓［ｏ］与Ｉ↓［Ｎｏｍ］＋Ｉ↓［ＯＬ］的比较，如果｜Ｉ↓［ｏ］｜＞Ｉ↓［Ｎｏｍ］＋Ｉ↓［ＯＬ］，则所述 支路的每一二分之一支路：识别半支路中传导超过Ｉ↓［Ｎｏｍ］＋Ｉ↓［ＯＬ］的瞬时输出电流Ｉ↓［ｏ］的各晶体管开关；确保半支路中被识别为处于断开状态的各晶体管开关为断开状态；顺序断开半支路中没有传导超过Ｉ↓［Ｎｏｍ］＋Ｉ ↓［ＯＬ］的瞬时输出电流Ｉ↓［ｏ］的各晶体管开关；将超过Ｉ↓［Ｎｏｍ］＋Ｉ↓［ＯＬ］的瞬时输出电流Ｉ↓［ｏ］和Ｉ↓［ｍａｘ］进行比较，且如果｜Ｉ↓［ｏ］｜≤Ｉ↓［ｍａｘ］，顺序命令半支路中保持在接通状态的所有晶体管开 关断开至断开状态，同时继续比较｜Ｉ↓［ｏ］｜＞Ｉ↓［ｍａｘ］；且在所述顺序命令的步骤之后不超过ｔ↓［ｏｆｆ］的时间内，继续比较｜Ｉ↓［ｏ］｜＞Ｉ↓［ｍａｘ］，其中ｔ↓［ｏｆｆ］定义为各晶体管开关的额定断开时间，其等于断开延迟时间和电 流下降时间之和，且如果｜Ｉ↓［ｏ］｜＞Ｉ↓［ｍａｘ］，检查保持在接通状态的最外面的晶体管开关是否去饱和，且如果没有去饱和，将保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关和所述最外面的晶体管开关和所述相输出之间的开关 处于接通状态，且如果已经命令所述最外面的晶体管开关和所述最外面的晶体管开关和所述相输出之间的任何开关到断开状态，则命令这些晶体...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G野岛，
申请(专利权)人：SMC电子产品有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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