CN102118104B - 用于保护高压逆变器的过电压的装置和方法 - Google Patents

用于保护高压逆变器的过电压的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适合于无任何不利影响地保护负载免于由电压波动所引起的过电压的高压逆变器的过电压保护装置和方法，所述电压波动因逆变器、负载以及连接在逆变器和负载之间的电缆之间的阻抗差而产生，其中所述装置和方法将由主控制单元给出的作为数字信号的电压命令信号转换成模拟参考信号，将模拟参考电压与具有预定电压电平和频率的锯齿波进行比较以产生PWM(脉冲宽度调制)信号，判定PWM信号的脉冲宽度，并且在PWM信号的脉冲宽度小于预定的时间间隔的情况下，转换PWM信号的脉冲宽度以具有预定的时间间隔。

Description

用于保护高压逆变器的过电压的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种高压逆变器的过电压保护装置和方法。更特别地，本发明涉及一种适合于无任何不利影响地保护负载免于由电压波动所引起的过电压的高压逆变器的过电压保护装置和方法，所述电压波动因逆变器、负载以及连接在逆变器和负载之间的电缆之间的阻抗差而产生。
背景技术
通常，逆变器广泛应用于精确驱动诸如三相电动机的负载的情况。为了使用逆变器驱动负载，在逆变器和负载之间连接电缆以提供从逆变器输出的电压。
逆变器、负载和电缆的阻抗彼此不同。因此，在由逆变器产生且通过电缆提供给电动机的电压在阻抗的不连续点处反射的地方发生电压反射现象，从而产生电压波动。
产生的电压波动的抵消不会对正常驱动负载的逆变器产生影响。然而，产生的电压波动的叠加引起超过负载的绝缘内压的过电压施加于负载上，从而由于负载中的压力积累而发生绝缘击穿和支撑(bearing)损坏等。
级联H桥式的高压逆变器与通常的逆变器相比，每单位时间的电压变换值低。因此，在级联H桥式的高压逆变器中，由于与通常的逆变器相比的过电压，即使将高压逆变器连接到负载上的电缆长度更长，也会更少发生负载的绝缘击穿和支撑损害，而且更少发生外围设备故障等。
但是，级联H桥式的高压逆变器的使用不能完全消除电压波动，并且仍会发生损坏负载的电压波动。
在快速切换配置级联H桥式的高压逆变器的一些开关器件或使用PWM(脉冲宽度调制)信号的窄宽度来切换开关器件的情况下，由于电压波动，会发生更大的影响。
发明内容
本发明的用于保护高压逆变器的过电压的装置和方法通过主控制单元将特定的作为数字信号的电压命令信号转换成模拟参考电压。
并且，被提出的本公开通过将具有预定的电压电平和频率的锯齿波与被转换的模拟参考电压进行比较以产生PWM(脉冲宽度调制)信号，并且判定所产生的PWM信号的脉冲宽度。
在PWM信号的脉冲宽度大于预定的时间间隔的情况下，被提出的本公开照原样输出PWM信号而不调整PWM信号的脉冲宽度，从而切换开关器件。
并且，在PWM信号的脉冲宽度小于预定的时间间隔的情况下，被提出的本公开调整PWM信号的脉冲宽度以具有预定的时间间隔，据此输出PWM信号并切换开关器件。
因此，根据本发明的一实施例的高压逆变器的过电压保护装置包括：锯齿波产生单元，其产生具有预定频率和电压电平的锯齿波；模拟参考电压产生单元，其将从主控制单元输入的电压命令信号转换成模拟参考电压；比较单元，其将锯齿波的电压电平与模拟参考电压进行比较以产生PWM(脉冲宽度调制)信号；脉冲宽度判定单元，其判定PWM信号的脉冲宽度；以及PWM信号输出单元，其根据脉冲宽度判定单元的判定结果调整PWM信号的脉冲宽度。
根据本发明的一实施例的一个方案，在PWM信号的脉冲宽度大于预定的时间间隔的情况下，PWM信号输出单元照原样输出PWM信号；在PWM信号的脉冲宽度小于预定的时间间隔的情况下，PWM信号输出单元调整PWM信号的脉冲宽度以具有预定的时间间隔，并且输出被调整的PWM信号。
而且，根据本发明的一实施例的高压逆变器的过压保护方法包括：将由主控制单元提供的作为数字信号的电压命令信号转换成模拟参考信号；通过将模拟参考电压与具有预定电压电平和频率的锯齿波进行比较以产生PWM(脉冲宽度调制)信号；判定PWM信号的脉冲宽度，并且在PWM信号的脉冲宽度小于预定的时间间隔的情况下，将PWM信号的脉冲宽度转换成具有预定的时间间隔。
附图说明
图1为示出高压逆变器的结构的图；
图2为示出高压逆变器中的多个电压产生器的每个的结构的图；
图3为示出根据本发明的过电压保护装置的单一式控制单元的一优选实施例的结构的图；以及
图4为示出根据本发明的过电压保护方法的单一式控制单元的一优选实施例的操作过程的信号流程图。
具体实施方式
下面详细的描述是通过示例的方法，并且其仅仅示出了本发明的一个实施例。另外，为最实用和简单的描述将提供本发明的原理和构想。
因此，没有提供在本发明的基本理解中不是必需的详细结构，并且将通过附图示例出由本领域的技术人员从本发明的实质内容中可能实施的几种形式。
图1为示出高压逆变器的结构的图。其中，标记100表示负载。例如，所述负载为由三相交流电压驱动的三相交流电动机。
标记110表示主控制单元。主控制单元110判定负载100的驱动状态，并且根据判定出的驱动状态产生包括参考电压的用于产生PWM信号的电压命令信号。
标记120、122和124表示多个电压产生单元。多个电压产生单元120、122和124例如为配置成分别产生R相电压、S相电压和T相电压的电压产生单元，根据由主控制单元110产生的电压命令信号产生R相电压、S相电压和T相电压并将它们输出到负载100。
在以这种构造为特征的高压逆变器中，主控制单元110判定电动机也就是负载100的驱动状态，并且根据判定出的驱动状态和由使用者指示的驱动指示(图中未示出)产生包括参考电压的电压命令信号。
由主控制单元110产生的电压命令信号被输入到多个电压产生单元120、122和124，并且多个电压产生单元120、122和124根据电压命令信号产生R相、S相和T相中的各个三相电压。
产生的三相电压的R相、S相和T相被应用于电动机，也就是负载100上以驱动负载100。
图2为示出多个电压产生单元120、122和124中的每个的结构的图。在此，标记200-1、200-2、…、200-N表示多个单一式控制单元。多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个根据由主控制单元100输出的电压命令信号产生多个开关信号。
标记210-1、210-2、…、210-N表示多个开关单元。多个开关单元210-1、210-2、…、210-N在负载和地面之间串联，并且根据多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N各自的开关信号来切换功率终端(power terminal)电压vDD以输出三相电压至负载100。
位于多个开关单元210-1、210-2、…、210-N的每个中的开关器件(SW210-11，SW210-12)(SW210-13，SW210-14)、(SW210-21，SW210-22)(SW210-23，SW210-24)、…、(SW210-N1，SW210-N2)(SW210-N3，SW210-N4)分别串联连接在功率终端vDD和地面之间。
开关器件SW210-11～SW210-14、SW210-21～SW210-24、…、SW210-N1～SW210-N4的各个基极被配置成接收由多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个输出的多个开关信号中的每个信号。
开关器件SW210-13的发射极和开关器件SW210-14的集电极的连接点被连接到负载100上。开关器件SW210-11、SW210-21…的发射极和开关器件SW210-12、SW210-22…的集电极的连接点分别被连接到开关器件SW210-23、SW210-33…的发射极和开关器件SW210-24、SW210-34…的集电极的连接点上。而且，开关器件SW210-N2的发射极和开关器件SW210-N4的集电极的连接点接地。
在施加工作电压vDD到以这种构造为特征的多个电压产生单元120、122和124中的每个上的状态下，多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个根据由主控制单元110输出的电压命令信号产生PWM(脉冲宽度调制)信号作为特定的开关信号。
由多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个产生的作为开关信号的PWM信号被施加到多个开关单元210-1、210-2、…、210-N的每个开关器件SW210-11～SW210-14、SW210-21～SW210-24、…、SW210-N1～SW210-N4的基极。
然后，位于多个开关单元210-1、210-2、…、210-N的每个中的多个开关器件SW210-11～SW210-14、SW210-21～SW210-24、…、SW210-N1～SW210-N4根据PWM信号有选择性地接通和切断，并且开关功率终端的工作电压vDD。并且，由多个开关单元(210-1)(210-2)…(210-N)中的每个输出的电压彼此叠加，输出至负载100。
图3为示出根据本发明的过电压保护装置的单一式控制单元的一优选实施例的结构的图。在此，标记300为锯齿波产生单元。锯齿波产生单元300产生具有特定频率的锯齿波。
标记310为模拟参考电压产生单元。模拟参考电压产生单元310将从主控制单元110输入的电压命令信号转换成模拟参考电压。
标记320为比较单元。为了产生PWM信号，比较单元320将由锯齿波产生单元300产生的锯齿波的电压电平与从模拟参考电压产生单元310转换的模拟参考电压进行比较。
标记330为脉冲宽度判定单元。脉冲宽度判定单元330判定从比较单元320输出的PWM信号的脉冲宽度是否小于预定的时间间隔，从而产生判定信号。
标记340为PWM信号输出单元。在由脉冲宽度判定单元330判定的脉冲宽度大于预定的时间间隔的情况下，PWM信号输出单元340输出从比较单元320产生的PWM信号作为开关信号。然而，在由脉冲宽度判定单元330判定的脉冲宽度小于预定的时间间隔的情况下，PWM信号输出单元340将从比较单元320产生的PWM信号的宽度调整为预定的时间间隔，并输出调整后的PWM信号。
根据以这种结构为特征的本发明，锯齿波产生单元300产生具有预定的特定频率的锯齿波，并且所产生的锯齿波被输入至比较单元320。
而且由主控制单元110输出的电压命令信号被输入至模拟参考电压产生单元310。然后，模拟参考电压产生单元310将电压命令信号转换成模拟参考电压。
也就是说，主控制单元110以有变化的电压电平的形式提供电压命令信号来为负载100供给三相电压，并且以数字信号的形式提供电压命令信号至多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N。并且位于多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N的每个中的模拟参考电压产生单元310将由主控制单元110输入的数字信号形式的特定的电压命令信号转换成模拟参考电压。
由模拟参考电压产生单元310转换过的模拟参考电压被输入至比较单元320。
然后，比较单元320将由锯齿波产生单元300产生的锯齿波的电压电平与由模拟参考电压产生单元310转换过的模拟参考电压进行比较，并且根据比较结果产生具有特定脉冲宽度的PWM信号。
例如，比较单元320将锯齿波和模拟参考电压之间的电压电平进行比较，从而产生具有对应于时间间隔的脉冲宽度的PWM信号，其中在所述时间间隔中锯齿波的电压电平高于模拟参考电压的电压电平。
由比较单元320产生的PWM信号分别被输入到脉冲宽度判定单元330和PWM信号输出单元340。
脉冲宽度判定单元330判定由比较单元320产生的PWM信号的脉冲宽度是大于预定的时间间隔还是小于预定的时间间隔，并且输出判定信号至PWM信号输出单元340。
然后，根据脉冲宽度判定单元330的判定信号，PWM信号输出单元340照原样输出由比较单元320产生的PWM信号而不改变其脉冲宽度，或者调整并输出由比较单元320产生的PWM信号的脉冲宽度作为预定的时间间隔。
例如，假定预定的时间间隔为1ms，脉冲宽度判定单元330判定由比较单元320产生的PWM信号的脉冲宽度是大于1ms还是小于1ms，并且产生判定信号。
并且，在脉冲宽度判定单元330判定PWM信号的脉冲宽度为大于1ms的情况下，PWM信号输出单元340照原样输出由比较单元320产生的PWM信号，不改变脉冲宽度。
在脉冲宽度判定单元330判定PWM信号脉冲宽度为小于1ms的情况下，PWM信号输出单元340将由比较单元320产生的PWM信号的脉冲宽度改变成1ms以输出。
如上所述，根据本发明，从PWM信号输出单元340输出的具有最小级宽度的PWM信号，被施加到多个开关单元210-1、210-2、…、210-N中的每个的开关器件SW210-11～SW210-14、SW210-21～SW210-24、…、SW210-N1～SW210-N4的各个基极上来进行开关操作。
图4为示出根据本发明的过电压保护方法的单一式控制单元的优选实施例的操作过程的信号流程图。
参考图4，主控制单元110将电压命令信号输入到多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个(S400)，并且模拟参考电压产生部310将电压命令信号转换成模拟参考电压(S402)。
而且，多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个将被转换的模拟参考电压的电压电平和由锯齿波产生单元300产生的锯齿波的电压电平进行比较，以产生PWM信号(S404)，并且判定产生的PWM信号的脉冲宽度是否大于预定的时间间隔(S406)。
作为判定结果，在产生的PWM信号的脉冲宽度大于预定的时间间隔的情况下，多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个照原样输出产生的PWM信号(S410)。
而且作为判定结果，在产生的PWM信号的脉冲宽度不大于预定的时间间隔的情况下，多个单一式控制单元200-1、200-2、…、200-N中的每个将产生的PWM信号的脉冲宽度调整为预定的时间间隔(S408)，并且输出脉冲宽度调整后的PWM信号(S410)。
尽管在上面的部分中通过有代表性的实施例已经详细地描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，在不背离本发明的范围的条件下能够对所描述的实施例作出各种改进。
因此，本发明的权利范围不应局限于所描述的实施例，而是应当由附加的权利要求及其等同来限定。

Claims (1)

1.一种高压装置的过电压保护装置，包括：
锯齿波产生单元，其产生具有预定频率和电压电平的锯齿波；
模拟参考电压产生单元，其将从主控制单元输入的电压命令信号转换成模拟参考电压；
比较单元，其将所述锯齿波的电压电平与所述模拟参考电压进行比较以产生脉冲宽度调制信号；
脉冲宽度判定单元，其判定所述脉冲宽度调制信号的脉冲宽度；以及
脉冲宽度调制信号输出单元，其根据所述脉冲宽度判定单元的判定结果调整所述脉冲宽度调制信号的所述脉冲宽度，其中：当所述脉冲宽度调制信号的所述脉冲宽度大于预定的时间间隔时，所述脉冲宽度调制信号输出单元照原样输出所述脉冲宽度调制信号；并且当所述脉冲宽度调制信号的所述脉冲宽度小于所述预定的时间间隔时，所述脉冲宽度调制信号输出单元调整所述脉冲宽度调制信号的所述脉冲宽度以具有预定的时间间隔并且输出调整后的脉冲宽度调制信号。
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