CN111464032A - 斩波电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种斩波电路及其控制方法。斩波电路包含正端、中性点、负端、第一分立二极管、第一功率电阻、第二分立二极管、第二功率电阻及半桥模块。第一分立二极管的阴极电连接于正端，第一功率电阻并联耦接于第一分立二极管。第二分立二极管的阳极电连接于负端，第二功率电阻并联耦接于第二分立二极管。半桥模块包含串联连接的第一功率开关和第二功率开关，其中第一功率开关的第一端电连接于第一分立二极管的阳极，第一功率开关的第二端电连接于第二功率开关的第一端及中性点，第二功率开关的第二端电连接于第二分立二极管的阴极。
Description
技术领域
本公开关于一种斩波电路，特别涉及一种斩波电路及其控制方法。
背景技术
随着新能源技术的不断发展，在风电领域中，对其成本的要求也不断提高，在不影响性能的前提下，若能降低风电变流器的成本，则可提升其市场竞争力。
就风电变流器中的斩波电路(Chopper)而言，其作为风电变流器中的一个重要部件，在电网低电压穿越以及发电机过速运行等情况下，可以保证风电机组仍然能够正常运行。现有应用于三电平变流器的斩波电路均须包含至少两个半桥模块，其中每一半桥模块包含两个功率开关。然而，其中部分功率开关持续保持在关断状态，在斩波电路的开关作动过程中并无起到作用，因而造成资源及成本的浪费。
因此，如何发展一种可改善上述现有技术的斩波电路及其控制方法，实为目前迫切的需求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种斩波电路及其控制方法，其中斩波电路适用于三电平应用环境，且仅包含一个半桥模块。半桥模块的两个功率开关均于斩波电路的作动过程中起到作用。因此，在避免资源浪费的同时，还可降低成本及体积。
为达上述目的，本公开提供一种斩波电路。斩波电路包含正端、中性点、负端、第一分立二极管、第一功率电阻、第二分立二极管、第二功率电阻及半桥模块。第一分立二极管的阴极电连接于正端，第一功率电阻并联耦接于第一分立二极管。第二分立二极管的阳极电连接于负端，第二功率电阻并联耦接于第二分立二极管。半桥模块包含串联连接的第一功率开关和第二功率开关，其中第一功率开关的第一端电连接于第一分立二极管的阳极，第一功率开关的第二端电连接于第二功率开关的第一端及中性点，第二功率开关的第二端电连接于第二分立二极管的阴极。
为达上述目的，本公开另提供一种控制方法，适用于控制本公开的斩波电路。控制方法依据母线电压控制对应的功率开关处于导通状态或关断状态，若母线电压为正端与中性点之间的电压，则对应的功率开关为第一功率开关；若母线电压为中性点与负端之间的电压，则对应的功率开关为第二功率开关；若母线电压为正端与负端之间的电压，则对应的功率开关为第一功率开关和第二功率开关。控制方法包含步骤：(a)控制对应的所述功率开关处于关断状态；(b)检测所述母线电压；(c)判断所述母线电压是否大于一第一保护值，若判断结果为是，则执行后续步骤，若判断结果为否，则执行步骤(b)；(d)控制对应的所述功率开关处于导通状态；(e)检测所述母线电压；(f)判断所述母线电压是否大于一第二保护值，若判断结果为是，则执行步骤(e)，若判断结果为否，则执行步骤(a)，其中所述第一保护值大于或等于所述第二保护值。
附图说明
图1为本公开优选实施例的斩波电路的电路结构示意图。
图2为图1的斩波电路的母线电压与功率开关的驱动信号及电流的波形示意图。
图3为本公开优选实施例的控制方法的流程示意图。
附图标记说明：
1：斩波电路
BUS+：正端
BUSN：中性点
BUS-：负端
D1：第一分立二极管
R1：第一功率电阻
D2：第二分立二极管
R2：第二功率电阻
11：半桥模块
S1：第一功率开关
S2：第二功率开关
D3：第一反并联二极管
D4：第二反并联二极管
C1、C2：第一电容
C3、C4：第二电容
S31、S32、S33、S34、S35、S36：控制方法的步骤
具体实施方式
体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本公开。
图1为本公开优选实施例的斩波电路的电路结构示意图。如图1所示，本公开优选实施例的斩波电路1包含正端BUS+、中性点BUSN、负端BUS-、第一分立二极管D1、第一功率电阻R1、第二分立二极管D2、第二功率电阻R2及半桥模块11。第一分立二极管D1的阴极电连接于正端BUS+，第一功率电阻R1并联耦接于第一分立二极管D1。第二分立二极管D2的阳极电连接于负端BUS-，第二功率电阻R2并联耦接于第二分立二极管D2。半桥模块11包含串联连接的第一功率开关S1及第二功率开关S2，其中第一功率开关S1的第一端电连接于第一分立二极管D1的阳极，第一功率开关S1的第二端电连接于第二功率开关S2的第一端及中性点BUSN，第二功率开关S2的第二端电连接于第二分立二极管D2的阴极。
因此，可通过功率开关(S1、S2)的作动实现斩波功能，相较于现有的斩波电路，功率开关的数量较少，且分立二极管的选取更加灵活，不再受限于半桥模块的规格，有效降低成本及体积，同时避免了资源浪费。此外，对应于功率开关的驱动电路的数量亦相对减少，因而可降低驱动电路的复杂度，并提升斩波电路1的可靠性。
于一些实施例中，斩波电路1还包含控制器(未图示)，控制器电连接于正端BUS+、中性点BUSN、负端BUS-及半桥模块11，以依据母线电压控制对应的功率开关处于导通状态或关断状态，其中若母线电压为正端BUS+与中性点BUSN之间的电压，则对应的功率开关为第一功率开关S1，而若母线电压为中性点BUSN与负端BUS-之间的电压，则对应的功率开关为第二功率开关S2，当然，控制器亦可同时依据该两种母线电压对第一功率开关S1及第二功率开关S2进行控制。在另一个实施例中，该母线电压还可以为正端BUS+与负端BUS-之间的电压，则对应的功率开关为第一功率开关S1和第二功率开关S2(即控制第一功率开关S1与第二功率开关S2同步作动)。
在风电机组正常工作状态下(即母线电压处于正常范围内时)，斩波电路1并不参与工作，即斩波电路1内的功率开关均处于关断状态。而当发生低电压穿越或发电机过速运行时，变流器的直流侧母线电压会升高，此时斩波电路1的具体开关作动及相应波形变化请参见图2所示，于功率开关处于关断状态时，母线电压逐渐上升，而当母线电压大于第一保护值时，控制器控制对应的功率开关切换至导通状态；于功率开关处于导通状态时，母线电压逐渐下降，而当母线电压小于第二保护值时，控制器控制对应的功率开关切换至关断状态。其中，第一保护值大于或等于第二保护值。
请再参阅图1。第一功率开关S1及第二功率开关S2可为例如但不限于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。若功率开关为IGBT，则功率开关的第一端及第二端分别为IGBT的集电极和发射极。若功率开关为MOSFET，则功率开关的第一端及第二端分别为MOSFET的漏极和源极。
于一些实施例中，斩波电路1的半桥模块11还包含第一反并联二极管D3及第二反并联二极管D4。第一反并联二极管D3的阴极电连接于第一功率开关S1的第一端，第一反并联二极管D3的阳极电连接于中性点BUSN及第二反并联二极管D4的阴极，第二反并联二极管D4的阳极电连接于第二功率开关S2的第二端。值得注意的是，第一反并联二极管D3及第二反并联二极管D4可以为功率开关(S1，S2)的体内二极管，也可以为封装在半桥模块11中的分立的二极管，还可以为位于半桥模块11外的分立的二极管，本公开对此并不做限定。
于一些实施例中，斩波电路1还包含检测器(未图示)，检测器电连接于正端BUS+、中性点BUSN、负端BUS-及控制器。检测器用以检测母线电压，并将检测结果输出至控制器。
于一些实施例中，斩波电路1还包含第一电容C1、C2，第一电容C1、C2的两端分别电连接于斩波电路1的正端BUS+及中性点BUSN，第一电容可以是多个电容的串并联组合，其数量及组合方式并不加以限定。于一些实施例中，斩波电路1还包含第二电容C3、C4，第二电容C3、C4的两端分别电连接于斩波电路1的负端BUS-及中性点BUSN，第二电容也可以是多个电容的串并联组合，其数量及组合方式并不加以限定。于一些实施例中，斩波电路1电连接于三电平逆变器，斩波电路1的正端BUS+、中性点BUSN及负端BUS-分别电连接于三电平逆变器的直流正端、中性端及直流负端。
图3为本公开优选实施例的控制方法的流程示意图，此控制方法适用于控制图1所示的斩波电路1。控制方法为依据母线电压控制对应的功率开关(S1、S2)处于导通状态或关断状态，其中若母线电压为正端BUS+与中性点BUSN之间的电压，则对应的功率开关为第一功率开关S1，而若母线电压为中性点BUSN与负端BUS-之间的电压，则对应的功率开关为第二功率开关S2，若母线电压为正端BUS+与负端BUS-之间的电压，则对应的功率开关为第一功率开关S1和第二功率开关S2(即第一功率开关S1与第二功率开关S2同步作动)。如图3所示，本公开优选实施例的控制方法包含步骤S31、S32、S33、S34、S35及S36。
于步骤S31中，控制对应的功率开关处于关断状态。
于步骤S32中，检测母线电压。
于步骤S33中，判断母线电压是否大于第一保护值。若判断结果为是，则执行步骤S34，若判断结果为否，则执行步骤S32。
于步骤S34中，控制对应的功率开关处于导通状态。
于步骤S35中，检测母线电压。
于步骤S36中，判断母线电压是否大于第二保护值。若判断结果为是，则执行步骤S35，若判断结果为否，则执行步骤S31。其中第一保护值大于或等于第二保护值。
综上所述，本公开提供一种斩波电路及其控制方法，其中斩波电路适用于三电平应用环境，且仅包含一个半桥模块。斩波电路通过半桥模块的两个功率开关的作动实现斩波功能，相较于现有的斩波电路，功率开关的数量较少，且分立二极管的选取更加灵活，不再受限于半桥模块的规格，有效降低成本及体积，同时避免了资源浪费。此外，对应于功率开关的驱动电路的数量亦相对减少，因而可降低驱动电路的复杂度，提升斩波电路的可靠性。
须注意，上述仅是为说明本公开而提出的优选实施例，本公开不限于所述的实施例，本公开的范围由如附权利要求决定。且本公开可由本领域技术人员进行各种修改，而均不超出本公开的权利要求所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种斩波电路，包含：
一正端、一中性点及一负端；
一第一分立二极管及一第一功率电阻，其中所述第一分立二极管的阴极电连接于所述正端，所述第一功率电阻并联耦接于所述第一分立二极管；
一第二分立二极管及一第二功率电阻，其中所述第二分立二极管的阳极电连接于所述负端，所述第二功率电阻并联耦接于所述第二分立二极管；以及
一半桥模块，包含串联连接的一第一功率开关和一第二功率开关，其中所述第一功率开关的第一端电连接于所述第一分立二极管的阳极，所述第一功率开关的第二端电连接于所述第二功率开关的第一端及所述中性点，所述第二功率开关的第二端电连接于所述第二分立二极管的阴极。
2.如权利要求1所述的斩波电路，还包含一控制器，其中所述控制器用以依据一母线电压控制对应的所述功率开关处于导通状态或关断状态，于所述功率开关处于关断状态时，所述控制器在所述母线电压大于一第一保护值时控制所述功率开关切换至导通状态；于所述功率开关处于导通状态时，所述控制器在所述母线电压小于一第二保护值时控制所述功率开关切换至关断状态，其中所述第一保护值大于或等于所述第二保护值。
3.如权利要求2所述的斩波电路，其中，
所述母线电压为所述斩波电路的正端与所述中性点之间的电压，而对应的所述功率开关为所述第一功率开关；或者，
所述母线电压为所述斩波电路的中性点与所述负端之间的电压，而对应的所述功率开关为所述第二功率开关；或者，
所述母线电压为所述斩波电路的正端与所述负端之间的电压，而对应的所述功率开关为所述第一功率开关和所述第二功率开关。
4.如权利要求2所述的斩波电路，还包含一检测器，其中所述检测器电连接于所述正端、所述中性点、所述负端及所述控制器，所述检测器用以检测所述母线电压，并将检测结果输出至所述控制器。
5.如权利要求1所述的斩波电路，还包含一第一反并联二极管及一第二反并联二极管，所述第一反并联二极管的阴极电连接于所述第一功率开关的第一端，所述第一反并联二极管的阳极电连接于所述中性点及所述第二反并联二极管的阴极，所述第二反并联二极管的阳极电连接于所述第二功率开关的第二端。
6.如权利要求1所述的斩波电路，其中所述第一功率开关及所述第二功率开关为IGBT或MOSFET。
7.如权利要求1所述的斩波电路，其中所述正端、所述中性点及所述负端分别电连接于一三电平逆变器的直流正端、中性端及直流负端。
8.如权利要求1所述的斩波电路，还包含一第一电容，其中所述第一电容的两端分别电连接于所述斩波电路的正端及所述中性点。
9.如权利要求1所述的斩波电路，还包含一第二电容，其中所述第二电容的两端分别电连接于所述斩波电路的负端及所述中性点。
10.一种控制方法，适用于控制如权利要求1所述的斩波电路，其中所述控制方法依据一母线电压控制对应的所述功率开关处于导通状态或关断状态，若所述母线电压为所述正端与所述中性点之间的电压，则对应的所述功率开关为所述第一功率开关；若所述母线电压为所述中性点与所述负端之间的电压，则对应的所述功率开关为所述第二功率开关；若所述母线电压为所述正端与所述负端之间的电压，则对应的所述功率开关为所述第一功率开关和所述第二功率开关，所述控制方法包含步骤：
(a)控制对应的所述功率开关处于关断状态；
(b)检测所述母线电压；
(c)判断所述母线电压是否大于一第一保护值，若判断结果为是，则执行后续步骤，若判断结果为否，则执行步骤(b)；
(d)控制对应的所述功率开关处于导通状态；
(e)检测所述母线电压；
(f)判断所述母线电压是否大于一第二保护值，若判断结果为是，则执行步骤(e)，若判断结果为否，则执行步骤(a)，其中所述第一保护值大于或等于所述第二保护值。
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