CN104753374B - 用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法及桥臂逻辑单元 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法及桥臂逻辑单元，其中，驱动方法包括：在稳定处理状态下，进行如下处理：获取当前输入驱动信号；将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较，如果当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号不同，则判断当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量是否多于上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，如果是，则进入死区处理状态，进行如下处理：等待预设的死区时间，进入开通处理状态，进行如下处理：根据当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号，等待预设的第一窄带脉冲抑制时间，然后进入稳定处理状态。

Description

用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法及桥臂逻辑单元

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法及桥臂逻辑单元。

背景技术

近年来，多电平已成为风电变流器的主流发展方向。与传统的两电平拓扑相比，多电平拓扑具有输出电压波形质量高、结构简单稳定、能减小开关器件的电压应力、改善电磁兼容性等优点，在无功补偿、高压直流输电、交流驱动、有源滤波和电能调节储能系统等中高压系统中具有广泛的应用前景。

但是，由于多电平拓扑在单桥臂上有多个独立的功率器件(如IGBT)，这种多自由度的系统容易因为干扰或逻辑错误导致系统不能正常工作，出现故障甚至造成损毁功率器件的后果。所以，多电平桥臂对其接收到的驱动信号有严格要求。

发明内容

本发明实施例的目的在于，提供一种用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法及桥臂逻辑单元，能够使得输出驱动信号符合多电平桥臂的开关规则要求，从而有效地消除干扰及器件差异对输出驱动信号的影响，保证多电平桥臂正常工作。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法，所述二极管钳位型多电平桥臂的一个桥臂包括2(N-1)个IGBT和与其一一对应的2(N-1)个底层驱动器，其中，N为正整数，并且在系统控制器与底层驱动器之间设置有桥臂逻辑单元，所述桥臂逻辑单元具有用于接收来自所述系统控制器的输入驱动信号的信号输入端和向所述2(N-1)个底层驱动器发出输出驱动信号的驱动信号输出端，所述驱动信号输出端均具有对上一周期的输出驱动信号锁存功能，

所述输入驱动信号和所述输出驱动信号均为2(N-1)位并行电平信号，所述电平信号至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号，

所述桥臂逻辑单元至少具有稳定处理状态、死区处理状态和开通处理状态，所述方法包括：

在所述稳定处理状态下，进行如下处理：

获取当前输入驱动信号；

将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较，如果所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号不同，则判断当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量是否多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，

如果所述当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入所述死区处理状态，

在所述死区处理状态中，进行如下处理：

等待预设的死区时间，进入开通处理状态，

在所述开通处理状态中，进行如下处理：

根据所述当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将所述上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号，等待预设的第一窄带脉冲抑制时间，然后进入所述稳定处理状态。

本发明的实施例还提供了一种用于二极管钳位型多电平桥臂的桥臂逻辑单元，所述二极管钳位型多电平桥臂的一个桥臂包括2(N-1)个IGBT和与其一一对应的2(N-1)个底层驱动器，其中，N为正整数，并且在系统控制器与底层驱动器之间设置有桥臂逻辑单元，所述桥臂逻辑单元具有用于接收来自所述系统控制器的输入驱动信号的信号输入端和向所述2(N-1)个底层驱动器发出输出驱动信号的驱动信号输出端，所述驱动信号输出端具有对上一周期的输出驱动信号锁存功能，

所述输入驱动信号和所述输出驱动信号均为2(N-1)位并行电平信号，所述电平信号至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号，

所述桥臂逻辑单元至少具有稳定处理状态、死区处理状态和开通处理状态，所述桥臂逻辑单元包括：

稳定状态处理模块，用于在所述稳定处理状态下，进行如下处理：

获取当前输入驱动信号；

将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较，如果所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号不同，则判断当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量是否多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，

如果所述当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入所述死区处理状态，

死区状态处理模块，用于在所述死区处理状态中，进行如下处理：

等待预设的死区时间，进行开通处理状态，

开通状态处理模块，用于在所述开通处理状态中，进行如下处理：

根据所述当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号，等待预设的第一窄带脉冲抑制时间，然后进入所述稳定处理状态。

本发明实施例提供的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法及桥臂逻辑单元，通过分别在桥臂逻辑单元的稳定处理状态、死区处理状态或开通处理状态下，进行与所处的处理状态相对应的处理，能够在上述多种处理状态之间切换，输入端和输出端均兼容了死区处理状态的驱动信号，并且在输出端实现了窄脉冲抑制，从而能够使得输出驱动信号符合多电平桥臂的开关规则要求，并有效地消除了干扰及器件差异对输出驱动信号的影响，保证多电平桥臂正常工作。

附图说明

图1为本发明实施例的二极管钳位型多电平单桥臂的驱动电路的结构示意图；

图2为本发明实施例一的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法的流程示意图；

图4为本发明实施例三的用于二极管钳位型多电平桥臂的桥臂逻辑单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法及桥臂逻辑单元进行详细描述。

图1为本发明实施例的二极管钳位型多电平桥臂的驱动电路的结构示意图，参照图1，例如电平数为N，则二极管钳位型N电平单桥臂包括：2(N-1)个底层驱动器(z1、z2…z(2n-2))、2(N-1)个IGBT(Q1、Q2…Q(2n-2))，以及2(N-2)个二极管单元(D1、D2…D2(n-2))和N-1个电容单元(C1、C2…C(n-1))。两直流母线间串联(n-1)个电容单元，每两个IGBT之间都与相邻两电容单元中点连接钳位二极管，同一桥臂的所有IGBT上下对称，连接取中点为交流输出点，通过控制IGBT的导通与关断使交流输出点输出N电平。

N电平桥臂的驱动信号由系统控制器根据系统电压电流产生，通过桥臂逻辑单元处理后向2(N-1)个底层驱动器发出输出驱动信号，再由底层驱动器向与其一一对应的IGBT输出驱动信号，使桥臂交流输出点电位分别等于多电平拓扑中的各个电位。输出驱动信号按第一个IGBT，第二个IGBT，第三个IGBT，一直到第2(N-1)个IGBT的顺序描述，用1表示输出驱动信号为高电平，用0表示输出驱动信号为低电平(一般而言，高电平作为开通电平信号，低电平作为关断电平信号)。由于IGBT在接收到关断驱动信号到实际关断过程中会有一定时间的延迟，所以在各种输出驱动信号之间相互切换时，需要中间状态的输出驱动信号，该中间状态一般被称为死区状态。根据电平数量的不同，中间状态的输出驱动信号就不同。实际应用中，有些系统控制器不发出进入死区状态的输出驱动信号。此外，起始工作状态或终止工作状态，其对应的输出驱动信号各个位均为0。桥臂逻辑单元还会从底层驱动器接收故障信号，或是从系统控制器接收停止信号，此时需进入停止过程，其对应的输出驱动信号各个位均为0。

除以上工作状况外，其它的驱动信号形式均为错误信号，若底层驱动器按错误信号执行，将会导致IGBT过压击穿。例如，输出驱动信号的各个位均为1，将导致某只IGBT过流烧毁等。这也要求在故障保护时需按照正确顺序关断IGBT。IGBT在开通时，有些起始状况会伴随着邻近二极管的反向恢复过程，如果IGBT开通的时间很短，将导致IGBT需要关断反向恢复电流和交流输出电流的和，此时将出现关断过电压损坏此IGBT，反向恢复电流消失的时间取决于IGBT反并二极管的特性。一般把驱动信号至少要维持一定时间称为窄脉冲抑制。在二极管钳位型多电平变流器中，特别是功率大于100kW的变流器，在系统控制器和功率器件之间一般都有很长的信号电缆，由于器件的一致性和器件间线路长度不同，将导致接收到的信号可能为错误信号；由于长信号电缆一般呈现为容性，导致信号边沿的斜率变低，接收到的信号也可能为错误信号；由于功率器件很高能量的开关动作，干扰容易耦合到驱动信号中，将导致接收到错误信号。

基于上述分析，桥臂逻辑单元需具有以下功能：能够在输入端兼容有死区和无死区的驱动信号；能够判断并屏蔽干扰和器件差异引起的错误信号；能够在输出端实现窄脉冲抑制；能够在输出端实现死区；在关断处理状态中按正确顺序关断IGBT。

实施例一

图2为本发明实施例一的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法的流程示意图，图1示出二极管钳位型多电平单桥臂的驱动电路的结构示意图，参照图1和图2，在二极管钳位型多电平桥臂中，一个桥臂包括2(N-1)个IGBT和与其一一对应的2(N-1)个底层驱动器，其中，N为正整数，并且在系统控制器与底层驱动器之间设置有桥臂逻辑单元，桥臂逻辑单元具有用于接收来自系统控制器的输入驱动信号的信号输入端和向2(N-1)个底层驱动器发出输出驱动信号的驱动信号输出端，驱动信号输出端均具有对上一周期的输出驱动信号锁存功能，输入驱动信号和输出驱动信号均为2(N-1)位并行电平信号，电平信号至少可包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号。

桥臂逻辑单元至少可具有稳定处理状态、死区处理状态和开通处理状态，该方法在每个处理周期内都包括如下处理步骤，其中，在方法流程中，涉及稳定处理状态、死区处理状态、开通处理状态和关断处理状态之间的跳转，在稳定处理状态下，首先，将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较，然后，根据比较的各种情况选择跳转到死区处理状态，等待死区时间跳转到开通处理状态，或是直接跳转到关断处理状态，再或是保持在稳定处理状态，具体步骤如下：

步骤201：在稳定处理状态下，获取当前输入驱动信号，并判断当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号是否相同，如果判断为是，则执行步骤203，如果判断为否，则执行步骤202。

步骤202：判断当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量是否多于上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，如果判断为是，则执行步骤204，如果判断为否，则执行步骤207。具体的，在步骤201进入稳定处理状态之后，可以通过比较当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量是否多于上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，从而判断是进入死区处理状态，还是进入关断处理状态，进入到某个处理状态后执行相应的处理。

步骤203：保持输出驱动信号不变。具体的，当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号相同时，则保持在稳定处理状态下，保持输出驱动信号不变，也就是仍然将上一周期的输出驱动信号作为当前周期的输出驱动信号进行输出，且可以预定的周期或者预定的触发条件，执行获取当前输入驱动信号，以及将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较的处理。

步骤204：进入死区处理状态，判断是否达到预设的死区时间。具体的，如果判断为是，则执行步骤205，如果判断为否，则重新返回至稳定处理状态。具体的，为了能够在死区处理状态持续一段时间，设置了死区时间，等待预设的死区时间，如果当前输入信号中开通电平信号的数量始终大于上一周期的输出驱动信号中开通电平信号的数量，则可以进入开通处理状态，如果否，则跳出死区处理状态，重新返回至稳定处理状态。

步骤205：根据当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号。具体的，可通过以下过程选择需要开通的IGBT，并变更被选择开通的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号：

对2(N-1)个IGBT都进行如下的处理，直至检测完全部2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第(N-1)个IGBT或第N个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号；

如果不满足，则继续检测是否满足第(N-2)个IGBT或第(N+1)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号。

这里，需要说明的是上述选择需要开通的IGBT，并变更被选择开通的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的过程，参照图1，就是先检测最里侧的两个IGBT是否满足所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号，并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，然后检测紧挨着最里侧两个IGBT的另外两个IGBT，运用同样的方法，依次将2(N-1)个IGBT全部检测完毕。

步骤206：判断是否到达预设的第一窄带脉冲抑制时间。具体的，为了在输出端实现了窄脉冲抑制，也就是进入开通处理状态后，需要持续开通一段时间，因此设置了第一窄带脉冲抑制时间，直到到达预设的第一窄带脉冲抑制时间后，才重新返回至稳定处理状态。

步骤207：根据当前输入驱动信号，选择需要关断的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为关断电平信号。具体的，可通过以下过程选择需要关断的IGBT，并变更被选择关断的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号：对2(N-1)个IGBT都进行如下的处理，直至检测完全部2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第一个IGBT或第(2N-2)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号；

如果不满足，则继续检测是否满足第二个IGBT或第(2N-3)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号。

这里，需要说明的是上述选择需要关断的IGBT，并变更被选择关断的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的过程，参照图1，就是先检测最外侧的两个IGBT(第一个IGBT和倒数第一个IGBT)是否满足所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号，并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，然后检测紧挨着最外侧两个IGBT的另外两个IGBT(第二个IGBT和倒数第二个IGBT)，运用同样的方法，依次将2(N-1)个IGBT全部检测完毕。

步骤208：判断是否到达预设的第二窄带脉冲抑制时间。具体的，为了在输出端实现了窄脉冲抑制，与步骤206相同的是进入关断处理状态后，同样需要持续关断一段时间，因此设置了第二窄带脉冲抑制时间，直到到达预设的第二窄带脉冲抑制时间后，才重新返回至稳定处理状态。

进一步地，为了能够在接收到停止信号或故障信号时，向底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号，并关断所有IGBT，信号输入端还用于接收来自系统控制器的停止信号和/或接收来自底层驱动器的故障信号，该方法还可包括：在接收到停止信号或故障信号的情况下，向2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号。这里需要说明的是，也可通过设定的单独端口用来接收来自系统控制器的停止信号和/或接收来自底层驱动器的故障信号。

优选地，为了滤除信号的干扰，在稳定处理状态下，在执行前述步骤202的处理之前，还可以包括：将当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号进行比较，如果当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号不同，则进入滤波处理状态，

在滤波处理状态下，等待预设的滤波时间，然后判断当前输入驱动信号是否发生变化，如果没有发生变化，则继续执行将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较的处理，如果发生变化，则丢弃本次获取的当前输入驱动信号，进入稳定处理状态，继续执行获取当前输入驱动信号的操作。

进一步地，为了能够屏蔽干扰和器件差异引起的错误信号，可通过对当前输入信号是否为错误信号进行判断，根据判断结果进行相应的处理。

具体的，在执行前述步骤202的处理之前，在滤波处理状态下，等待预设的滤波时间，然后判断当前输入驱动信号是否发生变化，如果没有发生变化的处理之后，还可以包括：

判断当前输入信号是否为错误信号，如果当前输入信号为错误信号，则向2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号，以此来关断IGBT，如果当前输入信号不为错误信号，则继续执行将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较的处理。

本发明的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法，一方面，在桥臂逻辑单元的稳定、死区、开通或关断任一处理状态下，进行与所处的处理状态相对应的处理，从而能够在上述多种处理状态之间切换，使得输入端和输出端均兼容了死区处理状态的驱动信号，无论是开通处理状态还是关断处理状态，都在输出端实现了窄脉冲抑制；另一方面，引入来自系统控制器的停止信号和来自底层驱动器的故障信号，从而能够在停止过程中按正确顺序关断IGBT；再一方面，通过对当前输入信号是否为错误信号进行判断，如果是，则发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号，以此来关断IGBT，就能够屏蔽干扰和器件差异引起的错误信号。

实施例二

下面结合具体的示例说明本发明实施例二的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法。为了更直观的理解本发明实施例，这里需要说明的是，输出驱动信号按第一个IGBT，第二个IGBT，第三个IGBT，一直到第2(N-1)个IGBT的顺序描述，用1表示输出驱动信号为高电平，将高电平作为开通电平信号，用0表示输出驱动信号为低电平，将低电平作为关断电平信号。

图3为本发明实施例二的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法的流程示意图。参照图3，为了使得输出驱动信号符合多电平桥臂的开关规则要求，可执行如下步骤：

步骤301：获取当前输入信号。

步骤302：判断当前输入信号是否为停止信号或故障信号，如果是，则执行步骤304，如果否，则执行步骤303。具体的，桥臂逻辑单元的信号输入端还用于接收来自系统控制器的停止信号，或是接收来自底层驱动器的故障信号，当接收到停止信号或故障信号时就需要做出相应的处理，因此需要对当前输入驱动信号是否为停止信号或故障信号作出判断。

步骤303：判断当前输入信号与上一周期的输入驱动信号是否相同，如果是，则执行步骤305，如果否，则执行步骤306。

步骤304：输出驱动信号置为“00…0”。具体的，当前输入信号为停止信号或故障信号，则需要将输出驱动信号置为“00…0”，发送给底层驱动器，并关断所有IGBT，这里需要说明的是，“00…0”为2(N-1)位均为“0”的输出驱动信号。

步骤305：保持输出驱动信号不变。

步骤306：启动滤波计数，判断是否达到设定值且当前输入信号未发生变化，如果是，则执行步骤307，如果否，则返回301，继续执行获取当前输入信号。具体的，如果当前输入信号与上一周期的输入信号不相同，此时进入滤波处理，那么就启动滤波计数，直到计数到设定值，当前输入信号未发生任何变化，则认为当前输入信号即是稳定信号，如果计数期间，当前输入信号发生变化，则返回继续获取输入信号。

步骤307：判断当前输入信号是否为错误信号，如果是，则执行步骤309，如果否，则执行步骤308。具体的，由于从系统控制器到功率器件之间一般都有很长的信号电缆，再者器件的一致性和器件间线路长度不同，因此由于信号干扰和器件差异，使得输入信号为错误信号，本步骤通过判断当前输入信号是否为错误信号，根据判断结果做相应处理，以便屏蔽掉错误信号。

这里，需要说明的是经过步骤307，如果输入信号不为错误信号，则该输入信号就是多种正确信号中的任意一种，也就是输入驱动信号，那么继续获取当前输入驱动信号，并执行当前输入驱动信号和上一周期的输出驱动信号比较的处理。

步骤308：获取并判断当前输入驱动信号和上一周期的输出驱动信号是否相同。如果是，则执行步骤310，如果否，则执行步骤311。

步骤309：输出驱动信号置为“00…0”。与步骤304相同的是，如果当前输入信号为错误信号，也需按正确顺序关断IGBT，也就是将输出驱动信号置为“00…0”，发送给底层驱动器。

步骤310：保持输出驱动信号不变。具体的，当前输入驱动信号和上一周期的输出驱动信号相同，此时保持在稳定处理状态，那么就保持输出驱动信号不变。

步骤311：判断当前输入驱动信号中“1”数量是否小于等于上一周期输出信号中“1”的数量。如果是，则执行步骤313，如果否，则执行步骤312。

步骤312：启动死区计数，判断是否达到设定值，且当前输入驱动信号中“1”数量始终大于输出驱动信号中“1”的数量。如果是，则执行步骤315，如果否，则返回301，继续执行获取当前输入驱动信号。具体的，在死区处理状态中，等待预设的死区时间，达到设定值后，便可进入开通处理状态。

步骤313：选择关断的位置，并将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为“0”。具体的，在关断处理状态中，可通过以下过程选择需要关断的IGBT，并变更被选择关断的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号：

检查第一个IGBT和倒数第一个IGBT分别对应的当前输入驱动信号和上一周期的输出驱动信号，如果有符合当前输入驱动信号为“0”且上一周期的输出驱动信号为“1”的IGBT，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为“0”，如果没有符合条件的IGBT，就检查第二个IGBT和倒数第二个IGBT分别对应的当前输入驱动信号和上一周期的输出驱动信号，如果有符合当前输入驱动信号为“0”且上一周期的输出驱动信号为“1”的IGBT，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为“0”。运用同样的方法继续检查，依次将2(N-1)个IGBT全部检测完毕。

步骤314：启动关断计数，并判断是否达到设定值。如果是，则返回，继续执行获取当前输入驱动信号，如果否，则继续执行步骤314。具体的，为了实现窄脉冲抑制，也就是将驱动信号维持一定时间，因此设置了关断计数。

步骤315：选择开通的位置，并将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为“1”。具体的，在开通处理状态中，可通过以下过程选择需要开通的IGBT，并变更被选择开通的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号：

检查第(N-1)个IGBT和第N个IGBT分别对应的当前输入驱动信号和上一周期的输出驱动信号，如果有符合当前输入驱动信号为“1”且上一周期的输出驱动信号为“0”的IGBT，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为“1”，如果没有符合条件的IGBT，就检查第(N-2)个IGBT和第(N+1)个IGBT分别对应的当前输入驱动信号和上一周期的输出驱动信号，如果有符合当前输入驱动信号为“1”且上一周期的输出驱动信号为“0”的IGBT，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为“1”。运用同样的方法继续检查，依次将2(N-1)个IGBT全部检测完毕。

步骤316：启动开通计数，并判断计数是否达到设定值。如果是，则返回，继续执行获取当前输入驱动信号，如果否，则继续执行步骤316。与步骤314相同的是，设置了开通计数，将驱动信号维持一定时间，以此抑制窄脉冲。

本发明的用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法，具有以下技术效果：

1)在桥臂逻辑单元的稳定处理状态向开通或关断处理状态进行切换时，都先进入死区处理状态，使得输入端和输出端均兼容了死区处理状态的驱动信号；

2)无论是处于开通处理状态还是关断处理状态都设置了计数，使得输出驱动信号维持一段时间，从而在输出端实现了窄脉冲抑制；

3)通过引入来自系统控制器的停止信号和来自底层驱动器的故障信号，能够在停止过程中按正确顺序关断IGBT；

4)通过对当前输入信号是否为错误信号进行判断，如果判断结果是错误信号，就发出“00…0”的输出驱动信号，以此来关断IGBT，能够屏蔽干扰和器件差异引起的错误信号。

实施例三

二极管钳位型多电平桥臂的单桥臂包括2(N-1)个IGBT和与其一一对应的2(N-1)个底层驱动器，并且在系统控制器与底层驱动器之间设置有桥臂逻辑单元，桥臂逻辑单元具有用于接收来自系统控制器的输入驱动信号的信号输入端和向2(N-1)个底层驱动器发出输出驱动信号的驱动信号输出端，该驱动信号输出端具有对上一周期的输出驱动信号锁存功能，输入驱动信号和输出驱动信号均为2(N-1)位并行电平信号，电平信号至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号，桥臂逻辑单元至少可具有稳定处理状态、死区处理状态和开通处理状态。

图4为本发明实施例三的用于二极管钳位型多电平桥臂的桥臂逻辑单元的结构示意图。参照图4，其包括：稳定状态处理模块401，用于在稳定处理状态下，进行如下处理：获取当前输入驱动信号；将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较，如果当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号不同，则判断当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量多于上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入死区处理状态；死区状态处理模块402，用于在死区处理状态中，进行如下处理：等待预设的死区时间，进行开通处理状态；开通状态处理模块403，用于在开通处理状态中，进行如下处理：根据当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号，等待预设的第一窄带脉冲抑制时间，然后进入稳定处理状态。

具体的，开通状态处理模块403可以具体用于对2(N-1)个IGBT都进行如下处理，直至检测全部2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第一条件，第一条件为第(N-1)个IGBT或第N个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号；

如果不满足第一条件，则继续检测是否满足第二条件，第二条件为第(N-2)个IGBT或第(N+1)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号。

具体的，关断状态处理模块404可以具体用于对2(N-1)个IGBT都进行如下处理，直至检测全部2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第三条件，第三条件为第一个IGBT或第(2N-2)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号；

如果不满足第三条件，则继续检测是否满足第四条件，第四条件为第二个IGBT或第(2N-3)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号。

这里需要说明的是，桥臂逻辑单元至少还可具有关断处理状态，稳定状态处理模块401还可用于在稳定处理状态下，还进行如下处理：如果当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量少于上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入关断处理状态，该桥臂逻辑单元还可以包括：

关断状态处理模块404，用于在关断处理状态下，进行如下处理：

根据当前输入驱动信号，选择需要关断的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为关断电平信号，等待预设的第二窄带脉冲抑制时间，然后进入稳定处理状态。

本发明的用于二极管钳位型多电平桥臂的桥臂逻辑单元，在桥臂逻辑单元的稳定、死区、开通或关断任一处理状态下，进行与所处的处理状态相对应的处理，从而能够在上述多种处理状态之间切换，使得输入端和输出端均兼容了死区处理状态的驱动信号，无论是开通处理状态还是关断处理状态，都在输出端实现了窄脉冲抑制。从而能够使得输出驱动信号符合多电平桥臂的开关规则要求，保证多电平桥臂正常工作。

优选地，稳定状态处理模块401还可用于如果当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号相同，则保持在稳定处理状态；

在稳定处理状态下，保持输出驱动信号不变，并且以预定的周期或者预定的触发条件，执行获取当前输入驱动信号，以及将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较的处理。

进一步地，为了滤除信号的干扰，该桥臂逻辑单元还可以包括：

滤波处理模块，用于将当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号进行比较，如果当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号不同，则进入滤波处理，

在滤波处理状态下，等待预设的滤波时间，然后判断当前输入驱动信号是否发生变化，如果没有发生变化，则继续执行将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较的处理，如果发生变化，则丢弃本次获取的当前输入驱动信号，进入稳定处理状态，继续执行获取当前输入驱动信号的操作。

进一步地，为了能够在接收到停止信号或故障信号时，向底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号，并关断所有IGBT。信号输入端还可以用于接收来自系统控制器的停止信号和/或接收来自底层驱动器的故障信号，该桥臂逻辑单元还可以包括：

停止信号或故障信号处理模块，用于在接收到停止信号或故障信号的情况下，向2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号。

进一步地，为了能够屏蔽干扰和器件差异引起的错误信号，可通过对当前输入信号是否为错误信号进行判断，根据判断结果进行相应的处理。该桥臂逻辑单元还可以包括：

错误信号判断模块，用于判断当前输入信号是否为错误信号，如果当前输入信号为错误信号，则向2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号，如果当前输入信号不为错误信号，则继续执行将当前输入驱动信号与上一周期的输出驱动信号进行比较的处理

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种用于二极管钳位型多电平桥臂的驱动方法，其特征在于，所述二极管钳位型多电平桥臂的一个桥臂包括2(N-1)个IGBT和与其一一对应的2(N-1)个底层驱动器，其中，N为正整数，并且在系统控制器与底层驱动器之间设置有桥臂逻辑单元，所述桥臂逻辑单元具有用于接收来自所述系统控制器的输入驱动信号的信号输入端和向所述2(N-1)个底层驱动器发出输出驱动信号的驱动信号输出端，所述驱动信号输出端具有对上一周期的输出驱动信号锁存功能，

所述输入驱动信号和所述输出驱动信号均为2(N-1)位并行电平信号，所述电平信号至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号，

所述桥臂逻辑单元至少具有稳定处理状态、死区处理状态和开通处理状态，所述方法包括：

在所述稳定处理状态下，进行如下处理：

获取当前输入驱动信号；

将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较，如果所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号不同，则判断当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量是否多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，

如果所述当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入所述死区处理状态，

在所述死区处理状态中，进行如下处理：

等待预设的死区时间，进入开通处理状态，

在所述开通处理状态中，进行如下处理：

根据所述当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将所述上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号，等待预设的第一窄带脉冲抑制时间，然后进入所述稳定处理状态；

所述桥臂逻辑单元至少还具有关断处理状态，所述方法还包括：

在所述稳定处理状态下，还进行如下处理：

如果所述当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量少于或等于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入所述关断处理状态，

在所述关断处理状态下，进行如下处理：

根据所述当前输入驱动信号，选择需要关断的IGBT，将所述上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为关断电平信号，等待预设的第二窄带脉冲抑制时间，然后进入所述稳定处理状态。

2.根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，如果当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号相同，则保持在所述稳定处理状态；

在所述稳定处理状态下，保持所述输出驱动信号不变，并且以预定的周期或者预定的触发条件，执行获取当前输入驱动信号，以及将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理。

3.根据权利要求1或2所述的驱动方法，其特征在于，在所述稳定处理状态下，在执行将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理之前，还包括：

将所述当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号进行比较，如果所述当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号不同，则进入滤波处理状态，

在所述滤波处理状态下，等待预设的滤波时间，然后判断所述当前输入驱动信号是否发生变化，如果没有发生变化，则继续执行将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理，如果发生变化，则丢弃本次获取的所述当前输入驱动信号，进入稳定处理状态，继续执行获取所述当前输入驱动信号的操作。

4.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述信号输入端还用于接收来自所述系统控制器的停止信号和/或接收来自所述底层驱动器的故障信号，所述方法还包括：

在接收到停止信号或故障信号的情况下，向所述2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号。

5.根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，在所述开通处理状态中，根据所述当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将所述上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号的处理包括：

对所述2(N-1)个IGBT都进行如下处理，直至检测全部所述2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第一条件，所述第一条件为第(N-1)个IGBT或第N个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号；

如果不满足所述第一条件，则继续检测是否满足第二条件，所述第二条件为第(N-2)个IGBT或第(N+1)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号。

6.根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，在所述关断处理状态中，根据所述当前输入驱动信号，选择需要关断的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为关断电平信号的处理包括：

对所述2(N-1)个IGBT都进行如下处理，直至检测全部所述2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第三条件，所述第三条件为第一个IGBT或第(2N-2)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号；

如果不满足所述第三条件，则继续检测是否满足第四条件，所述第四条件为第二个IGBT或第(2N-3)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号。

7.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，在执行将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理之前，所述判断所述当前输入驱动信号是否发生变化，如果没有发生变化的处理之后，还包括：

判断所述当前输入信号是否为错误信号，如果所述当前输入信号为错误信号，则向所述2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号，如果所述当前输入信号不为错误信号，则继续执行将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理。

8.一种用于二极管钳位型多电平桥臂的桥臂逻辑单元，其特征在于，所述二极管钳位型多电平桥臂的一个桥臂包括2(N-1)个IGBT和与其一一对应的2(N-1)个底层驱动器，其中，N为正整数，并且在系统控制器与底层驱动器之间设置有桥臂逻辑单元，所述桥臂逻辑单元具有用于接收来自所述系统控制器的输入驱动信号的信号输入端和向所述2(N-1)个底层驱动器发出输出驱动信号的驱动信号输出端，所述驱动信号输出端具有对上一周期的输出驱动信号锁存功能，

所述输入驱动信号和所述输出驱动信号均为2(N-1)位并行电平信号，所述电平信号至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号，

所述桥臂逻辑单元至少具有稳定处理状态、死区处理状态和开通处理状态，所述桥臂逻辑单元包括：

稳定状态处理模块，用于在所述稳定处理状态下，进行如下处理：

获取当前输入驱动信号；

将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较，如果所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号不同，则判断当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量是否多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，

如果所述当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量多于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入所述死区处理状态，

死区状态处理模块，用于在所述死区处理状态中，进行如下处理：

等待预设的死区时间，进入开通处理状态，

开通状态处理模块，用于在所述开通处理状态中，进行如下处理：

根据所述当前输入驱动信号，选择需要开通的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为开通电平信号，等待预设的第一窄带脉冲抑制时间，然后进入所述稳定处理状态；

所述桥臂逻辑单元至少还具有关断处理状态，所述稳定状态处理模块，还用于在所述稳定处理状态下，还进行如下处理：如果所述当前输入驱动信号中的开通电平信号的数量少于或等于所述上一周期的输出驱动信号中的开通电平信号的数量，则进入所述关断处理状态，所述桥臂逻辑单元还包括：

关断状态处理模块，用于在所述关断处理状态下，进行如下处理：

根据所述当前输入驱动信号，选择需要关断的IGBT，将上一周期的输出驱动信号中相应的位变更为关断电平信号，等待预设的第二窄带脉冲抑制时间，然后进入所述稳定处理状态。

9.根据权利要求8所述的桥臂逻辑单元，其特征在于，所述稳定状态处理模块还用于如果当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号相同，则保持在所述稳定处理状态；

在所述稳定处理状态下，保持所述输出驱动信号不变，并且以预定的周期或者预定的触发条件，执行获取当前输入驱动信号，以及将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理。

10.根据权利要求8或9所述的桥臂逻辑单元，其特征在于，所述桥臂逻辑单元还包括：

滤波处理模块，用于将所述当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号进行比较，如果所述当前输入驱动信号与前次获取操作所得到的前次输入驱动信号不同，则进入滤波处理状态，

在所述滤波处理状态下，等待预设的滤波时间，然后判断所述当前输入驱动信号是否发生变化，如果没有发生变化，则继续执行将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理，如果发生变化，则丢弃本次获取的所述当前输入驱动信号，进入稳定处理状态，继续执行获取所述当前输入驱动信号的操作。

11.根据权利要求10所述的桥臂逻辑单元，其特征在于，所述信号输入端还用于接收来自所述系统控制器的停止信号和/或接收来自所述底层驱动器的故障信号，所述桥臂逻辑单元还包括：

停止信号或故障信号处理模块，用于在接收到停止信号或故障信号的情况下，向所述2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号。

12.根据权利要求8所述的桥臂逻辑单元，其特征在于，所述开通状态处理模块具体用于对所述2(N-1)个IGBT都进行如下处理，直至检测全部所述2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第一条件，所述第一条件为第(N-1)个IGBT或第N个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号；

如果不满足所述第一条件，则继续检测是否满足第二条件，所述第二条件为第(N-2)个IGBT或第(N+1)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为开通电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为关断电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为开通电平信号。

13.根据权利要求8所述的桥臂逻辑单元，其特征在于，所述关断状态处理模块具体用于对所述2(N-1)个IGBT都进行如下处理，直至检测全部所述2(N-1)个IGBT：

检测是否满足第三条件，所述第三条件为第一个IGBT或第(2N-2)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，如果满足，则将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号；

如果不满足所述第三条件，则继续检测是否满足第四条件，所述第四条件为第二个IGBT或第(2N-3)个IGBT所对应的当前输入驱动信号的位为关断电平信号并且上一周期的输出驱动信号的位为开通电平信号，将满足条件的IGBT对应的上一周期的输出驱动信号的位变更为关断电平信号。

14.根据权利要求10所述的桥臂逻辑单元，其特征在于，所述桥臂逻辑单元还包括：

错误信号判断模块，用于判断所述当前输入信号是否为错误信号，如果所述当前输入信号为错误信号，则向所述2(N-1)个底层驱动器发出2(N-1)位均为关断电平信号的输出驱动信号，如果所述当前输入信号不为错误信号，则继续执行将所述当前输入驱动信号与所述上一周期的输出驱动信号进行比较的处理。