CN102122898B - 一种高压变频器的单极性载波注入控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压变频器的单极性载波注入控制技术，能够有效解决功率单元中开关器件单边发热的问题，本控制技术包括四个开关器件；波形发生模块，用于产生方波和SPWM波；还有驱动信号处理模块，对方波和SPWM波进行处理，生产控制信号1和控制信号2，使在方波的每半个周期中功率单元的零电平输出内由状态一和状态二交替实现。采用本发明能够提高产品的稳定性，具有较强的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压变频器的单极性载波注入控制电路及方法。
背景技术
目前如何能更好的节约能源、提高能源的利用率已经成为了全社会共同关注的问题。高压变频器做为一种有效的节能设备已经被越来越广泛的应用到各行各业中。
如图1所示，在高压变频器的各个功率单元中一般都有整流、储能、逆变三部分，逆变电路是由四个开关器件构成，在由其构成的H桥可以输出正、负、零三种电平，对于采用单极性载波技术(一个桥臂工作在低频，一个桥臂工作在高频)来控制四个开关管通断的过程中，左桥臂(G1和G3)是由驱动信号1控制，且G1导通时，G3关断；G1关断时，G3导通。右桥臂(G2和G4)是由驱动信号2控制，且G2导通时，G4关断；G2关断时，G4导通。在现有技术中，控制信号1是采用方波来实现的，控制信号2是采用SPWM波来实现的。在波形发生模块里，由正弦波发生器产生方波，三角波发生器产生三角波，然后方波发生器根据正弦波调制出所需方波，SPWM波发生器根据正弦波和三角波调制出所需的SPWM波。如图2所示Ur是正弦波，Uc是三角波，方波就是控制信号1，方波是在Ur的正半周输出正电平，在正弦波的负半周输出负电平。SPWM波就是控制信号2，从图中可看出，Ur在正半周时，Ur＞Uc时，SPWM波输出为正电平，Ur＜Uc时，SPWM波输出为零电平；Ur在负半周时，Ur＜Uc时，SPWM波输出为负电平，Ur＞Uc时，SPWM波输出为零电平。也就是说，在G1导通，G3关断时，G2和G4轮流导通与关断；在G1关断，G3导通时，G2和G4轮流导通与关断。我们可以发现，G1导通、G3关断这段时间内，输出零电平时总是G1、G2导通完成，G1、G2工作时间大于G3、G4工作时间，H桥上端发热较集中；当G3导通、G1关断这段时间内，换成下桥臂G3、G4工作时间相对较长，H桥下端发热较严重。由于在高压变频器功率单元中IGBT的工作电流较大，发热问题就突显出来，所以如何有效解决功率单元中开关器件单边发热的问题就成为影响产品稳定性和寿命的重要因素。
发明内容
本发明提供了一种解决功率单元中开关器件单边发热的控制电路和方法，具体内容如下：
一种高压变频器的单极性载波注入控制电路，用于对功率单元中四个开关器件进行控制，其包括：
四个开关器件(G1、G2、G3、G4)；
波形发生模块，产生方波和SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)波；
驱动信号处理模块，对方波和SPWM波进行处理，生产控制信号1和控制信号2，使在方波的每半个周期中功率单元的零电平输出内由状态一和状态二交替实现。
状态一是指第一开关器件(G1)和第二开关器件(G2)同时导通，第三开关器件(G3)和第四开关器件(G4)同时截止；状态二是指第三开关器件(G3)和第四开关器件(G4)同时导通，第一开关器件(G1)和第二开关器件(G2)同时截止。
控制信号1驱动第一开关器件(G1)，且将控制信号1取反得到第三开关器件(G3)的驱动控制信号；控制信号2驱动第二开关器件(G2)，且将控制信号2取反得到第四开关器件(G4)的驱动控制信号。
波形发生模块包括正弦波发生器、方波发生器、三角波发生器和SPWM波发生器；正弦波发生器产生正弦波；三角波发生器产生三角波；方波发生器根据正弦波调制出方波；SPWM波发生器根据正弦波和三角波调制出SPWM波。
驱动信号处理模块对零电平输出的驱动状态进行记录，且与上一次记录的驱动状态信息相比较，若相同则改变驱动信号；其它情况则不改变驱动信号。
驱动信号处理模块也可以是通过逻辑模块来实现对方波和SPWM波的调制产生控制信号1和控制信号2。
一种高压变频器的单极性载波注入控制方法，用于对功率单元中四个开关器件进行控制，其包括以下步骤：
A、生成方波和SPWM波；
B、对方波和SPWM波进行调制，生成控制信号1和控制信号2；
C、控制波1和控制波2做为四个开关器件(G1、G2、G3、G4)的驱动信号，使在方波的每半个周期中功率单元的零电平输出内由状态一和状态二交替实现。
状态一是指第一开关器件(G1)和第二开关器件(G2)同时导通，第三开关器件(G3)和第四开关器件(G4)同时截止；状态二是指第三开关器件(G3)和第四开关器件(G4)同时导通，第一开关器件(G1)和第二开关器件(G2)同时截止。
控制信号1驱动第一开关器件(G1)，且将控制信号1取反得到第三开关器件(G3)的驱动控制信号；控制信号2驱动第二开关器件(G2)，且将控制信号2取反得到第四开关器件(G4)的驱动控制信号。
方波是对正弦波进行调制得到的；SPWM波是对三角波和正弦波进行调制得到的。
该高压变频器的单极性载波注入控制方法中步骤C包括：
D、判断是否是零电平输出，若为非零电平输出则不改变控制信号；
E、若为零电平输出则记录驱动状态信息，并和上一次记录的驱动状态信息相比较，若不相同，则不改变控制信号；
F、若和上一次记录的驱动状态信息相同，则改变控制信号。
步骤C也可以是通过逻辑模块来实现对方波和SPWM波的调制产生控制信号1和控制信号2。
从上可看出，本发明能够解决功率单元中开关器件单边发热的问题，提高了单元功率器件的稳定性和使用寿命，具有很强的实用性。
附图说明
图1是现有技术中高压变频器单个功率单元的控制结构示意图；
图2是现有技术中控制信号的输出波形示意图；
图3是开关管通断的驱动状态表；
图4是本发明的电路示意图；
图5是实施例1中驱动信号处理模块的处理流程图；
图6是实施例2中驱动信号处理模块中的逻辑模块示意图；
图7是本发明中控制信号输出波形示意图。
具体实施例
我们知道，G3的控制信号就是对G1的控制信号求反得到的，G4的控制信号就是对G2的控制信号求反得到的，所以四个开关管的通断组合一共有四种情况，我们定义G1或G2导通，连接到电源正极为1，G2或G4导通，连接到电源负极为0，则四个开关管的通断逻辑表如图3所示，从图中可以看出当有零电平输出时除了有11信号外，还有00信号。本发明就是在一定的时间段内，将零电平输出轮流由11信号和00信号驱动，这样就平均了四个开关管在这个时间段内的工作时间，使得发热更加均衡，解决单边发热的问题。图4是本发明的电路示意图，从图中可看出，现有技术中做为控制信号1的方波和控制信号2的SPWM波在经过了驱动信号处理模块的处理后，再对四个开关管进行控制。图5是本发明实施例1中驱动信号处理模块的处理流程图，从图中可看出，方波和SPWM波输入后，驱动信号处理模块判断此时是否是零电平输出，若输出不是零电平，则控制信号1为方波输出，控制信号2为SPWM波输出；若输出为零电平，则在驱动信号处理模块中记录此次零电平输出的驱动状态信息，并将此次驱动状态信息和上次存储的驱动状态信息相比较，若不同，则控制信号1为方波输出，控制信号2为SPWM输出；若相同，则改变控制信号1和控制信号2，使得00和11的驱动状态互换，实现零电平的输出。图6是实施例2中驱动信号处理模块中的逻辑模块示意图，可看出本发明也可以通过加入逻辑模块的方式使得在方波的每半个周期里，由00和11两个状态交替输出零电平。图7是本发明中控制信号的输出波形示意图，图中1为控制信号1，2为控制信号2，从图中可看出，在方波的半个周期里，实现了状态一和状态二轮流导通输出零电平，很好的解决了功率单元中H桥单边发热的现象，具有很强的实用性。
以上对本发明的原理及实施方式进行了详细的阐述，本实施例只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书的内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种高压变频器的单极性载波注入控制电路，用于对功率单元中四个开关器件进行控制，其特征在于包括：
四个开关器件（G1、G2、G3、G4）；
波形发生模块，产生方波和SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）波；
驱动信号处理模块，对所述方波和所述SPWM波进行处理，生成控制信号1和控制信号2，使在方波的每半个周期中功率单元的零电平输出内由状态一和状态二交替实现；
所述状态一是指所述第一开关器件（G1）和所述第二开关器件（G2）同时导通，所述第三开关器件（G3）和所述第四开关器件（G4）同时截止；
所述状态二是指所述第三开关器件（G3）和所述第四开关器件（G4）同时导通，所述第一开关器件（G1）和所述第二开关器件（G2）同时截止。
2.如权利要求1所述高压变频器的单极性载波注入控制电路，其特征在于：
所述控制信号1驱动所述第一开关器件（G1），且将所述控制信号1取反得到所述第三开关器件（G3）的驱动控制信号；
所述控制信号2驱动所述第二开关器件（G2），且将所述控制信号2取反得到所述第四开关器件（G4）的驱动控制信号。
3.如权利要求1所述高压变频器的单极性载波注入控制电路，其特征在于：
波形发生模块包括正弦波发生器、方波发生器、三角波发生器和SPWM波发生器；
正弦波发生器产生正弦波；
三角波发生器产生三角波；
方波发生器根据正弦波调制出方波；
SPWM波发生器根据正弦波和三角波调制出SPWM波。
4.如权利要求1所述高压变频器的单极性载波注入控制电路，其特征在于：
所述驱动信号处理模块对零电平输出的驱动状态进行记录，且与上一次记录的驱动状态信息相比较，若相同则改变驱动信号；其它情况则不改变驱动信号。
5.如权利要求1所述高压变频器的单极性载波注入控制电路，其特征在于：
所述驱动信号处理模块是通过逻辑模块来实现对所述方波和所述SPWM波的调制产生所述控制信号1和所述控制信号2。
6.一种高压变频器的单极性载波注入控制方法，用于对功率单元中四个开关器件进行控制，其特征在于包括以下步骤：
A、生成方波和SPWM波；
B、对方波和SPWM波进行调制，生成控制信号1和控制信号2；
C、控制波1和控制波2做为四个开关器件（G1、G2、G3、G4）的驱动信号，使在方波的每半个周期中功率单元的零电平输出内由状态一和状态二交替实现；
所述状态一是指所述第一开关器件（G1）和所述第二开关器件（G2）同时导通，所述第三开关器件（G3）和所述第四开关器件（G4）同时截止；
所述状态二是指所述第三开关器件（G3）和所述第四开关器件（G4）同时导通，所述第一开关器件（G1）和所述第二开关器件（G2）同时截止。
7.如权利要求6所述高压变频器的单极性载波注入控制方法，其特征在于：
所述控制信号1驱动所述第一开关器件（G1），且将所述控制信号1取反得到所述第三开关器件（G3）的驱动控制信号；
所述控制信号2驱动所述第二开关器件（G2），且将所述控制信号2取反得到所述第四开关器件（G4）的驱动控制信号。
8.如权利要求6所述高压变频器的单极性载波注入控制方法，其特征在于：
方波是对正弦波进行调制得到的；
SPWM波是对三角波和正弦波进行调制得到的。
9.如权利要求6所述高压变频器的单极性载波注入控制方法，其特征在于所述步骤C包括：
D、判断是否是零电平输出，若为非零电平输出则不改变控制信号；
E、若为零电平输出则记录驱动状态信息，并和上一次记录的驱动状态信息相比较，若不相同，则不改变控制信号；
F、若和上一次记录的驱动状态信息相同，则改变控制信号。
10.如权利要求6所述高压变频器的单极性载波注入控制方法，其特征在于：
所述步骤C是通过逻辑模块来实现对所述方波和所述SPWM波的调制产生所述控制信号1和所述控制信号2。
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