CN110299696B - T型三电平变流器及其短路保护电路 - Google Patents

T型三电平变流器及其短路保护电路 Download PDF

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    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection

Abstract

本发明涉及变流器技术领域，提供了一种T型三电平变流器及其短路保护电路，该短路保护电路包括：电流检测单元用于检测T型三电平变流器中T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流；处理单元用于在T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流大于短路电流阈值时，生成第一电平保护信号；延时单元用于对所述第一电平保护信号进行延时处理；控制信号生成单元用于根据预设电平信号和延时处理后的第一电平保护信号，生成控制信号；光耦驱动单元用于与T型三电平IGBT模块中的IGBT连接，根据所述控制信号生成驱动所述T型三电平IGBT模块中的IGBT通断的驱动信号。上述短路保护电路能够降低短路造成的反峰电压。

Description

T型三电平变流器及其短路保护电路
技术领域
本发明属于变流器技术领域，尤其涉及T型三电平变流器及其短路保护电路。
背景技术
传统的T型三电平变流器的短路保护电路，在变流器离网时，如果检测到T型三电平变流器发生短路，则会通过拉低脉冲关断IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，进而导致短路电流只能通过上管T1的续流二极管往母线正灌，从而引起反峰较大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了T型三电平变流器及其短路保护电路，以解决现有技术中短路电流只能通过上管T1的续流二极管往母线正灌，从而引起反峰较大的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种T型三电平变流器短路保护电路，包括：
电流检测单元，用于检测T型三电平变流器中T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流；
处理单元，用于在T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流大于短路电流阈值时，生成第一电平保护信号；
延时单元，用于对所述第一电平保护信号进行延时处理；
控制信号生成单元，用于根据预设电平信号和延时处理后的第一电平保护信号，生成控制信号；
光耦驱动单元，用于与T型三电平IGBT模块中的IGBT连接，用于根据所述控制信号生成驱动所述T型三电平IGBT模块中的IGBT通断的驱动信号。
可选的，所述控制信号生成单元包括多个逻辑与电路，每个逻辑与电路包括第一输入端、第二输入端和输出端；
所述第一输入端用于接收所述预设电平信号；
所述第二输入端与所述处理单元连接，用于接收所述第一电平保护信号；
所述输出端与所述光耦驱动单元连接。
可选的，所述逻辑与电路为四个，所述光耦驱动单元包括第一光耦驱动组件和第二光耦驱动组件；
每个光耦驱动组件的输入端对应连接两个所述逻辑与电路；
第一光耦驱动组件的两个输出端分别用于与T型三电平IGBT模块中的开关管T1和AC开关单元的开关管T3连接，第二光耦驱动组件的两个输出端分别用于与T型三电平IGBT模块中的开关管T2和逆变单元开关管T4连接。
可选的，所述延时单元包括两个延时电路；延时电路和与光耦驱动组件连接的一个逻辑与电路对应；所述延时电路设置在与所述光耦驱动组件连接的一个逻辑与电路的输入端；
其中，对于输入端设置有延时电路的逻辑与电路，所述第一电平保护信号通过所述延时电路后流入所述逻辑与电路。
可选的，所述延时电路包括：延时电容、延时电阻和二极管；
所述延时电阻的第一端与所述处理单元连接，所述延时电阻的第二端与逻辑与电路连接；
所述二极管与所述延时电阻并联；
所述延时电容的一端与所述延时电阻的第二端连接，所述延时电容的另一端接地。
可选的，所述逻辑与电路包括第一逻辑与电路、第二逻辑与电路、第三逻辑与电路和第四逻辑与电路，所述第一逻辑与电路和所述第二逻辑与电路与第一光耦驱动组件连接，所述第三逻辑与电路和所述第四逻辑与电路与第二光耦驱动组件连接；所述第二逻辑与电路的输入端和所述第三逻辑与电路的输入端连接有所述延时电路；
所述第一逻辑与电路通过所述第一光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中的T1开关管的G极连接，所述第二逻辑与电路通过所述第一光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中的AC开关单元开关管T3的G极连接；
所述第三逻辑与电路通过所述第二光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中的T2开关管的G极连接，所述第四逻辑与电路通过所述第二光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中逆变单元开关管T4的G极连接。
可选的，所述第一电平保护信号为低电平信号，所述预设电平信号为高电平信号。
可选的，所述短路保护电路还包括稳压单元；所述稳压单元设置在所述光耦驱动单元的输出端，用于对所述光耦驱动单元输出的驱动信号进行稳压处理。
可选的，所述稳压单元包括稳压二极管、第一限流电阻和第二限流电阻；
所述第一限流电阻和所述第二限流电阻串联；
所述稳压二极管的阳极接地，阴极与所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的接点连接。
本发明实施例的第二方面提供一种T型三电平变流器，包括本发明实施例第一方面所述的T型三电平变流器短路保护电路。
本发明实施例，电流检测单元检测T型三电平变流器中T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流，并将检测到的交流侧输入电流发送给处理单元；在T型三电平变流器发生短路时，交流侧输入电流变大，处理单元检测到电流检测单元发送来的交流侧输入电流大于短路电流阈值时，则生成第一电平保护信号；第一电平保护信号经延时单元延时处理后传输至控制信号生成单元，控制信号生成单元根据预设电平信号和延时处理后的第一电平保护信号生成控制信号，并通过光耦驱动单元生成驱动所述T型三电平IGBT模块中的AC开关单元通断的驱动信号。
由于设置了延时单元，因此能够在检测出交流侧输入电流大于短路电流阈值(即发生短路)时，对处理单元生成的第一电平保护信号进行延时处理，从而在延时一定时间之后再控制T型三电平IGBT模块中AC开关单元关断，而不会立即控制T型三电平IGBT模块中AC开关单元关断。此时，交流侧输入的短路电流I短能够分流，分为流过开关管T1的续流二极管的电流I1和流过开关管T3的电流I2，因此流入开关管T1的续流二极管的电流I1相对于短路电流I短会变小，反峰电压会降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是T型三电平IGBT模块的结构示意图；
图2是现有技术中短路电流走势示意图；
图3是本发明实施例提供的T型三电平变流器短路保护电路的结构图；
图4是本发明中短路电流走势示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
通常的，T型三电平变流器可以包括T型三电平功率变化电路，而T型三电平功率变化电路中包括多相T型三电平IGBT模块，例如包括三相T型三电平IGBT模块。其中，每相T型三电平IGBT模块的电路结构如图1所示，包括由开关管T1和开关管T4构成的逆变单元以及由开关管T2和开关管T3构成的AC开关单元，由于T型三电平IGBT模块的电路结构均为本领域公知技术，故在此不再赘述。
T型三电平变流器在正常工作时，电流I通过交流侧端点12流入T型三电平IGBT模块，如图1所示；本申请发明人发现在T型三电平变流器发生短路时，传统的短路保护电路会立即关断AC开关单元，短路电流I短通过交流侧直接流入T型三电平IGBT模块后，只能通过开关管T1的续流二极管正灌入母线，如图2所示，从而导致产生较大的反峰电压。
基于上述问题，本申请实施例提供了一种T型三电平变流器短路保护电路，用于解决上述问题。
参见图3，该T型三电平变流器短路保护电路可以包括电流检测单元100、处理单元200、延时单元300、控制信号生成单元400和光耦驱动单元500。
其中，电流检测单元100用于检测T型三电平变流器中T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流；处理单元200用于在T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流大于短路电流阈值时，生成第一电平保护信号；延时单元300用于对所述第一电平保护信号进行延时处理；控制信号生成单元400用于根据预设电平信号和延时处理后的第一电平保护信号，生成控制信号；光耦驱动单元500用于与T型三电平IGBT模块中的IGBT连接，用于根据所述控制信号生成驱动所述T型三电平IGBT模块中的AC开关单元通断的驱动信号。
对于上述T型三电平变流器短路保护电路，电流检测单元100检测T型三电平变流器中T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流，如图1所示的电流I，并将检测到的交流侧输入电流发送给处理单元200；在T型三电平变流器发生短路时，交流侧输入电流变大，处理单元200检测到电流检测单元100发送来的交流侧输入电流大于短路电流阈值时，则生成第一电平保护信号；第一电平保护信号经延时单元300延时处理后传输至控制信号生成单元400，控制信号生成单元400根据预设电平信号和延时处理后的第一电平保护信号生成控制信号，并通过光耦驱动单元500生成驱动所述T型三电平IGBT模块中的AC开关单元通断的驱动信号。
由于设置了延时单元300，因此能够在检测出交流侧输入电流大于短路电流阈值(即发生短路)时，对处理单元200生成的第一电平保护信号进行延时处理，从而在延时一定时间之后再控制T型三电平IGBT模块中AC开关单元关断，而不会立即控制T型三电平IGBT模块中AC开关单元关断。此时，交流侧输入的短路电流I短能够分流，如图4所示，分为流过开关管T1的续流二极管的电流I1和流过开关管T3的电流I2，因此流入开关管T1的续流二极管的电流I1相对于短路电流I短会变小，反峰电压会降低。
一些实施例中，所述控制信号生成单元400可以包括多个逻辑与电路，每个逻辑与电路包括第一输入端、第二输入端和输出端；所述第一输入端用于接收所述预设电平信号；所述第二输入端与所述处理单元300连接，用于接收所述第一电平保护信号；所述输出端与所述光耦驱动单元500连接。其中，逻辑与电路将所述预设电平信号和经过延时处理的第一电平保护信号进行逻辑与运算，生成控制信号发送给光耦驱动单元500。
示例性的，所述预设电平信号可以为高电平信号，在预设电平信号为高电平、第一电平保护信号为低电平时，逻辑与电路生成的控制信号为低电平的控制信号，低电平的控制信号通过光耦驱动单元500生成低电平的驱动信号，控制T型三电平IGBT模块中AC开关单元关闭。其中，在交流侧输入电流小于或等于短路电流阈值时，处理单元200可以生成高电平信号，从而保持AC开关单元导通。
参见图3，一些实施例中，所述逻辑与电路可以为四个，分别为第一逻辑与电路410、第二逻辑与电路420、第三逻辑与电路430和第四逻辑与电路440；所述光耦驱动单元500可以包括第一光耦驱动组件510和第二光耦驱动组件520。
其中，每个光耦驱动组件的输入端对应连接两个所述逻辑与电路；第一光耦驱动组件510的两个输出端分别用于与T型三电平IGBT模块中逆变单元开关管T1和AC开关单元的开关管T3连接，第二光耦驱动组件520的两个输出端分别用于与T型三电平IGBT模块中AC开关单元的开关管T2和逆变单元开关管T4连接。
参见图3，一些实施例中，所述延时单元300可以包括两个延时电路，延时电路和与光耦驱动组件连接的一个逻辑与电路对应；所述延时电路设置在与所述光耦驱动组件连接的一个逻辑与电路的输入端。其中，对于输入端设置有延时电路的逻辑与电路，所述第一电平保护信号通过所述延时电路后流入所述逻辑与电路。
示例性的，图3中，其中一个延时电路设置在第二逻辑与电路420的输入端，所述第一电平保护信号通过所述延时电路后流入第二逻辑与电路420；另一个延时电路设置在第三逻辑与电路430的输入端，所述第一电平保护信号通过所述延时电路后流入第三逻辑与电路430。
参见图3，一些实施例中，所述延时电路可以包括：延时电容、延时电阻和二极管；所述延时电阻的第一端与所述处理单元300连接，所述延时电阻的第二端与逻辑与电路连接；所述二极管与所述延时电阻并联；所述延时电容的一端与所述延时电阻的第二端连接，所述延时电容的另一端接地。
示例性的，以延时电路301为例进行说明，延时电路301包括延时电容C1、延时电阻R1和二极管D1；所述延时电阻R1的第一端与所述处理单元300连接，所述延时电阻R1的第二端与第二逻辑与电路420连接；所述二极管D1与所述延时电阻R1并联；所述延时电容C1的一端与所述延时电阻R1的第二端连接，所述延时电容C1的另一端接地。其中，二极管D1的阳极与处理单元300连接，阴极与第二逻辑与电路420连接。
其中，在处理单元200生成低电平的第一电平保护信号时，延时电路301能够对第一电平保护信号发挥延时作用，而在处理单元200生成高电平信号时，高电平信号通过二极管D1直接流入第二逻辑电路420，此时延时电路301并不能够发挥延时作用。即，只有在检测到短路电流并生成低电平的第一电平保护信号时，延时电路300才能够发挥延时作用。
在其他实施例中，二极管D1的阳极可以与第二逻辑与电路420连接，阴极与处理单元300连接。此时，第一电平保护信号可以为高电平，预设电平信号可以为低电平。
可以理解的，开关管通常都是通过控制G极和E极之间的电压来控制开关管的通断，因此通过延时电路可以使得与开关管的G极和E极连接的驱动信号延时一定时间之后再发生电平变化，能够使得开关管不会立即关断。
参见图3，一些实施例中，所述逻辑与电路可以包括第一逻辑与电路410、第二逻辑与电路420、第三逻辑与电路430和第四逻辑与电路440，所述第一逻辑与电路410和所述第二逻辑与电路420与第一光耦驱动组件510连接，所述第三逻辑与电路430和所述第四逻辑与电路440与第二光耦驱动组件520连接；所述第二逻辑与电路420的输入端和所述第三逻辑与电路430的输入端连接有所述延时电路。
所述第一逻辑与电路410通过所述第一光耦驱动组件510与T型三电平IGBT模块中逆变单元开关管T1的G极连接，所述第二逻辑与电路420通过所述第一光耦驱动组件510与T型三电平IGBT模块中AC开关单元开关管T3的G极连接。
所述第三逻辑与电路430通过所述第二光耦驱动组件520与T型三电平IGBT模块中AC开关单元开关管T2的G极连接，所述第四逻辑与电路440通过所述第二光耦驱动组件520与T型三电平IGBT模块中逆变单元开关管T4的G极连接。
需要说明的是，以上各个逻辑与电路通过对应的光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中AC开关单元开关管T2或逆变单元开关管T1的连接关系仅为示例性说明，同时第一电平保护信号为高电平或低电平、预设电平信号为高电平或低电平、延时电路设置在哪个逻辑与电路的输入端、延时电路中二极管的设置方向均可以进行调整，能够达到延时关断AC开关单元开关管T3的目的即可。
参见图3，光耦驱动组件510的Enable端口1通过电阻R11接地，端口2通过电阻R15与第一逻辑与电路410的输出端连接，端口3接地，端口4通过电阻R16与第二逻辑与电路420的输出端连接，端口5和端口7为驱动信号输出端，端口6接12V电源并通过电容C3接地，端口8通过电阻R12接地。
光耦驱动组件520的Enable端口1通过电阻R13接地，端口2通过电阻R17与第三逻辑与电路430的输出端连接，端口3接地，端口4通过电阻R18与第四逻辑与电路440的输出端连接，端口5和端口7为驱动信号输出端，端口6接12V电源并通过电容C4接地，端口8通过电阻R14接地。
参见图3，一些实施例中，上述T型三电平变流器短路保护电路还可以包括稳压单元600；所述稳压单元600设置在所述光耦驱动单元500的输出端，用于对所述光耦驱动单元500输出的驱动信号进行稳压处理。
作为一种可实施方式，稳压单元600可以包括稳压二极管、第一限流电阻和第二限流电阻；所述第一限流电阻和所述第二限流电阻串联；所述稳压二极管的阳极接地，阴极与所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的接点连接。
示例性的，稳压单元600可以包括多个稳压电路，如图3所示的多个稳压电路601，每个稳压电路包括稳压二极管(Z1至Z4)、第一限流电阻(R3、R5、R7和R9)和第二限流电阻(R4、R6、R8和R10)；所述第一限流电阻和所述第二限流电阻串联；所述稳压二极管的阳极接地，阴极与所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的接点连接。
本发明实施例还公开一种T型三电平变流器，包括上述任一种T型三电平变流器短路保护电路，且具有上述T型三电平变流器短路保护电路所具有的优点，在此不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述T型三电平变流器包括逆变单元和AC开关单元，所述逆变单元包括开关管T1和开关管T4，所述AC开关单元包括开关管T2和开关管T3；
所述T型三电平变流器短路保护电路包括：
电流检测单元，用于检测T型三电平变流器中T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流；
处理单元，用于在T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流大于短路电流阈值时，生成第一电平保护信号；
延时单元，用于对所述第一电平保护信号进行延时处理；
控制信号生成单元，用于根据预设电平信号和延时处理后的第一电平保护信号，生成控制信号；
光耦驱动单元，用于与T型三电平IGBT模块中的IGBT连接，用于根据所述控制信号生成驱动所述T型三电平IGBT模块中的AC开关单元通断的驱动信号，所述驱动信号用于在T型三电平IGBT模块的交流侧输入电流大于短路电流阈值时，控制AC开关单元在延时一段预设时间后关断，使得交流侧输入的短路电流在所述延时的一段预设时间内流过开关管T3。
2.如权利要求1所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述控制信号生成单元包括多个逻辑与电路，每个逻辑与电路包括第一输入端、第二输入端和输出端；
所述第一输入端用于接收所述预设电平信号；
所述第二输入端与所述处理单元连接，用于接收所述第一电平保护信号；
所述输出端与所述光耦驱动单元连接。
3.如权利要求2所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述逻辑与电路为四个，所述光耦驱动单元包括第一光耦驱动组件和第二光耦驱动组件；
每个光耦驱动组件的输入端对应连接两个所述逻辑与电路；
第一光耦驱动组件的两个输出端分别用于与T型三电平IGBT模块中逆变单元开关管T1和AC开关单元的开关管T3连接，第二光耦驱动组件的两个输出端分别用于与T型三电平IGBT模块中AC开关单元开关管T2和逆变单元开关管T4连接。
4.如权利要求3所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述延时单元包括两个延时电路；延时电路和与光耦驱动组件连接的一个逻辑与电路对应；所述延时电路设置在与所述光耦驱动组件连接的一个逻辑与电路的输入端；
其中，对于输入端设置有延时电路的逻辑与电路，所述第一电平保护信号通过所述延时电路后流入所述逻辑与电路。
5.如权利要求4所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述延时电路包括：延时电容、延时电阻和二极管；
所述延时电阻的第一端与所述处理单元连接，所述延时电阻的第二端与逻辑与电路连接；
所述二极管与所述延时电阻并联；
所述延时电容的一端与所述延时电阻的第二端连接，所述延时电容的另一端接地。
6.如权利要求4所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述逻辑与电路包括第一逻辑与电路、第二逻辑与电路、第三逻辑与电路和第四逻辑与电路，所述第一逻辑与电路和所述第二逻辑与电路与第一光耦驱动组件连接，所述第三逻辑与电路和所述第四逻辑与电路与第二光耦驱动组件连接；所述第二逻辑与电路的输入端和所述第三逻辑与电路的输入端连接有所述延时电路；
所述第一逻辑与电路通过所述第一光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中逆变单元开关管T1的G极连接，所述第二逻辑与电路通过所述第一光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中AC开关单元开关管T3的G极连接；
所述第三逻辑与电路通过所述第二光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中AC开关单元开关管T2的G极连接，所述第四逻辑与电路通过所述第二光耦驱动组件与T型三电平IGBT模块中逆变单元开关管T4的G极连接。
7.如权利要求6所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述第一电平保护信号为低电平信号，所述预设电平信号为高电平信号。
8.如权利要求1至7任一项所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述短路保护电路还包括稳压单元；所述稳压单元设置在所述光耦驱动单元的输出端，用于对所述光耦驱动单元输出的驱动信号进行稳压处理。
9.如权利要求8所述的T型三电平变流器短路保护电路，其特征在于，所述稳压单元包括稳压二极管、第一限流电阻和第二限流电阻；
所述第一限流电阻和所述第二限流电阻串联；
所述稳压二极管的阳极接地，阴极与所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的接点连接。
10.一种T型三电平变流器，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的T型三电平变流器短路保护电路。
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