CN114614685B - 一种t型三电平过载运行系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种T型三电平过载运行系统，包括三电平的拓扑电路和过载模式切换系统；拓扑电路上连接有相互呈T形的第一器件组和第二器件组，第一器件组进行过载容量设计，第二器件组进行额定容量设计；过载模式切换系统适于和拓扑电路进行连接，以控制第一器件组对拓扑电路进行过载工作的两电平运行，或控制第二器件组对拓扑电路进行正常工作的三电平运行，从而在可以有效的减少过载设计的器件组数量，进而可以降低系统的成本。还公开了一种T型三电平过载运行系统的工作方法，可以根据拓扑电路的输出电流对拓扑电路的工作模式进行快速的切换。

Description

一种T型三电平过载运行系统及其工作方法
技术领域
本申请涉及逆变器控制领域，尤其是涉及一种三电平过载运行系统。
背景技术
在逆变器领域，三电平和两电平相比，其具有开关器件承受电压应力仅为直流侧电压的一半以及输出量谐波得到显著衰减等优点。
传统的三电平拓扑电路在使用时为了防止电路过载，需要将拓扑电路中所使用的四个半导体器件全部采用过载容量进行设计，这样的设计虽然可以满足过载需求，但是设计成本较高，且逆变器在工作时，一般都处于额定功率下运行，这就会导致半导体器件的按照过载容量设计的额外容量过载部分无法得到充分利用。
发明内容
本申请的其中一个目的在于提供一种能够合理利用过载容量的T型三电平过载运行系统。
本申请的另一个目的在于提供一种能够合理利用过载容量的T型三电平过载运行系统的工作方法。
为达到上述的目的，本申请采用的技术方案为：一种T型三电平过载运行系统，包括三电平的拓扑电路和过载模式切换系统；所述拓扑电路上连接有相互呈T形的第一器件组和第二器件组，所述第一器件组进行过载容量设计，所述第二器件组进行额定容量设计；所述过载模式切换系统适于和所述拓扑电路进行连接，以控制所述第一器件组对所述拓扑电路进行过载工作的两电平运行，或控制所述第一器件组和所述第二器件组对所述拓扑电路进行正常工作的三电平运行。
优选的，所述过载模式切换系统包括依次连接的控制模块、通路计算模块、脉宽调制模块和过流封锁模块，还包括电流比较模块；所述电流比较模块分别与所述拓扑电路、所述控制模块以及所述过流封锁模块进行连接，所述电流比较模块适于对所述拓扑电路的输出电流进行判断，并将判断的结果通过电平信号的方式发送至所述通路计算模块；同时所述控制模块适于向所述通路计算模块发送占空比信号，所述通路计算模块适于根据电平信号以及占空比信号向所述脉宽调制模块发送调制波比较计数值，所述脉宽调制模块适于根据调制波比较计数值生成与所述第一器件组和所述第二器件组对应的控制信号并发送至所述过流封锁模块，所述过流封锁模块适于根据控制信号以及电平信号分别向所述第一器件组和所述第二器件组发送开关信号，以使得所述第一器件组或所述第二器件组对所述拓扑电路进行开通或关断。
优选的，所述电流比较模块包括额定电流比较模块和最大电流比较模块；当所述拓扑电路的输出电流小于额定电流时，所述额定电流比较模块和所述最大电流比较模块均输出高电平信号；当所述拓扑电路的输出电流大于额定电流且小于最大电流时，所述额定电流比较模块输出低电平信号，所述最大电流比较模块输出高电平信号；当所述拓扑电路的额定电路大于最大电流时，所述额定电流比较模块和所述最大电流比较模块均输出低电平信号；所述额定电流比较模块适于将输出的电平信号发送至所述通路计算模块以及所述过流封锁模块，所述最大电流比较模块适于将输出的电平信号发送至所述过流封锁模块。
优选的，所述通路计算模块包括第一通路选择单元、第二通路选择单元、第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元；所述第一通路选择单元适于接收所述额定电流比较模块输出的电平信号，同时所述第一通路选择单元的输入端与所述控制模块连接，所述第一通路选择单元的输出端分别与所述第三计算单元以及第二通路选择单元的输入端进行连接，所述第二通路选择单元的输出端分别与第一计算单元和所述第二计算单元连通；当电平信号为低电平时，占空比信号直接输送至所述第三计算单元内并计算出调制波比较计数值；当电平信号为高电平时，占空比信号输送至所述第二通路选择单元，并根据占空比信号的正负状态以输送至所述第一计算单元或第二计算单元内并计算出调制波比较计数值。
优选的，所述过流封锁模块包括第一与门单元组和第二与门单元组，所述第一与门单元组的输出端与所述第一器件组对应连接，所述第二与门单元组的输出端与所述第二器件组对应连接；所述第一与门单元组的输入端接口分别接收所述最大电流比较模块输出的电平信号以及所述脉宽调制模块对应输出的控制信号，以使得所述第一与门单元组根据输入端的电平状态，控制所述第一器件组对所述拓扑电路的开通或关断；所述第二与门单元的输入端接口分别接收所述额定电流比较模块输出的电平信号以及所述脉宽调制模块对应输出的控制信号，以使得所述第二与门单元组根据输入端的电平状态，控制所述第二器件组对所述拓扑电路的开通或关断。
优选的，所述T型三电平过载运行系统还包括调频控温系统，所述调频控温系统包括温度采集模块、转换模块和第三通路选择单元；所述温度采集模块适于采集所述T型三电平过载运行系统的环境温度，所述转换模块适于接收所述温度采集模块发送的变化的温度信号，并将温度信号转化为不同的三角调制波峰值信号，所述第三通路选择单元的输入端与所述转换模块连接，所述第三通路选择单元的输出端与所述脉宽调制模块相连接；所述第三通路选择单元适于根据所述额定电流比较模块的电平信号，以将不同的三角调制波峰值信号发送至所述脉宽调制模块，进而得以对所述脉宽调制模块发出的控制信号的频率进行调节。
一种T型三电平过载运行系统的工作方法，包括如下步骤：
S100：控制模块向通路计算模块发送占空比信号；
S200：电流比较模块对拓扑电路的输出电流进行检测判断，并将判断结果以电平信号的形式发送出；
S300：通路计算模块接收占空比信号以及电平信号，并根据电平信号的电平高低以及占空比信号的正负，计算出多组对应于第一器件组和第二器件组的调制波比较计数值；
S400：脉宽调制模块可以将各组的调制波比较计数值以控制信号的形式发送至过流封锁模块；
S500：过流封锁模块可以根据电平信号以及控制信号分别向第一器件组和第二器件组发送开关信号；
S600：转换模块可以将温度采集模块采集的环境温度转化为不同的三角调制波峰值信号，第三通路选择单元根据电平信号将不同的三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块以调节控制信号的频率；
其中，第一器件组包括半导体器件S1和半导体器件S4，第二器件组包括半导体器件S2和半导体器件S4。
优选的，步骤S200包括如下具体步骤：
S210：电流比较模块检测到拓扑电路的输出电流为i0并与额定电路Irate和最大电流Imax进行比较；
S220：若输出电流i0的绝对值小于额定电路Irate，则额定电流比较模块和最大电流比较模块均输出高电平信号；否则进行下一步骤；
S230：若输出电流i0的绝对值大于额定电路Irate且小于最大电流Imax，则额定电流比较模块输出低电平信号，最大电流比较模块输出高电平信号；否则额定电流比较模块和最大电流比较模块均输出低电平信号。
优选的，步骤S300包括如下具体步骤：
S310：第一通路选择单元接收到额定电流比较模块的电平信号a1以及占空比信号的值d；
S320：若电平信号a1为低电平，则第一通路选择单元将占空比信号的值d输送至第三计算单元，第三计算单元可以计算得到调制波比较计数值CMP-13和CMP-24，且CMP-13=CMP-24=[(1+d)/2] ×Cmax；若电平信号a1为高电平，则进行下述步骤；
S330：第一通路选择单元将占空比信号的值d发送至第二通路选择单元；
S340：若占空比信号的值d≥0，则第二通路选择单元将占空比信号的值d发送至第一计算单元，第一计算单元可以计算得到调制波比较计数值CMP-13=d×Cmax以及CMP-24=Cmax；否则进行下一步骤；
S350：占空比信号的值d＜0，第二通路选择单元将占空比信号的值d发送至第二计算单元，第二计算单元可以计算得到调制波比较计数值CMP-13=0以及CMP-24=(1+d)×Cmax；
其中，CMP-13表示半导体器件S1和S3的调制波比较计数值，CMP-24表示半导体器件S2和S4的调制波比较计数值，Cmax表示脉宽调制模块的三角波计数最大值。
优选的，步骤S600包括如下具体步骤：
S610：温度采集模块采集环境温度T并发送至转换模块；
S620：转换模块将温度T转化为三角波峰值Cmax-T，并将三角波峰值Cmax-T以三角调制波峰值信号的方式进行发送；
S630：第三通路选择单元可以接受三角调制波峰值信号以及额定电流比较模块的电平信号a1；
S640：若电平信号a1为高电平，则第三通路选择单元将三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块，以使得三角波计数最大值Cmax为恒定值Cmax-rate，从而脉宽调制模块恒频工作；若电平信号a1为低电平，则进行下一步骤；
S650：第三通路选择单元将三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块，以使得三角波计数最大值Cmax为随温度T进行变化的三角波峰值Cmax-T，从而脉宽调制模块可以进行恒频或变频工作。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
（1）当拓扑电路的输出电流较小时，系统可以进行正常的三电平运行；拓扑电路的输出电流大于额定电流且小于最大过载电流时，系统可以由第一器件组进行两电平运行。这样可以对第一器件组进行过载容量设计，而第二器件组进行额定容量设计，从而可以将系统成本大大降低。
（2）本申请还是按照原来三电平发热情况进行设计，以使得在拓扑电路进行两电平的过载运行后，系统可以随温度的变化进行变频运行，以避免系统的温升超过系统允许值，从而保证了系统散热成本不增加。
附图说明
图1为本发明的整体流程示意图。
图2为本发明中拓扑电路的示意图。
图3为本发明中电路比较模块的示意图。
图4为本发明中通路计算模块的示意图。
图5为本发明中脉宽调制模块的工作示意图。
图6为本发明中过流封锁模块的示意图。
图7为本发明中转换模块与第三通路选择单元的配合示意图。
图中：拓扑电路1、第一器件组11、第二器件组12、过载模式切换系统2、电流比较模块21、额定电流比较模块211、最大电流比较模块212、控制模块22、通路计算模块23、第一通路选择单元231、第二通路选择单元232、第一计算单元233、第二计算单元234、第三计算单元235、脉宽调制模块24、过流封锁模块25、第一与门单元251、第二与门单元252、第三与门单元253、第四与门单元254、调频控温系统3、温度采集模块31、转换模块32、第三通路选择单元33。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请的一个方面提供了一种T型三电平过载运行系统，如图1至图7所示，其中一个优选的实施例，包括三电平的拓扑电路1和过载模式切换系统2。拓扑电路1上连接有相互呈T形的第一器件组11和第二器件组12，第一器件组11进行过载容量设计，第二器件组12进行额定容量设计。过载模式切换系统2可以和拓扑电路1进行连接，过载模式切换系统2可以根据拓扑电路1的输出电流，控制第一器件组11对拓扑电路1进行过载工作的两电平运行，或控制第一器件组11和第二器件组12对拓扑电路1进行正常工作的三电平运行。
可以理解的是，在拓扑电路1的输出电流未过载时，过载模式切换系统2可以控制拓扑电路1通过第一器件组11和第二器件组12形成的三电平电路进行运行；而当拓扑电路1的输出电流过载时，过载模式切换系统2可以控制拓扑电路1只进行第一器件组11导通形成的两电平电路进行过载运行，此时第二器件组12处于封锁状态。从而过载模式切换系统2可以将拓扑电路1的过载工作和正常工作完全区分开，进而与相比较传统，可以有效的降低拓扑电路1对过载容量的设计需求，以实现系统成本的降低。
本实施例中，如图2所示，拓扑电路1的电路连接方式与现有技术相同或相似，拓扑电路1上连接有呈T形的横排器件组和竖排器件组。其中，第一器件组11可以是横排器件组，也可以是竖排器件组，则第二器件组12可以是竖排器件组，也可以是横排器件组；具体的设计方式可以任意选择，例如图2所示，第一器件组11 为竖排器件组采用过载容量设计，第二器件组12为横排器件组采用额定容量设计。
具体的，如图2所示，第一器件组11和第二器件组12均包括两个半导体器件。为了方便描述，第一器件组11的两个半导体器件可以分别标记为S1和S4，第二器件组12的两个半导体器件可以分别标记为S2和S3；半导体器件S1、S2、S3和S4于拓扑电路1中的具体连接方式为本领域技术人员的公知技术，故不在此进行详细的阐述。
本申请的其中一个实施例，如图1所示，过载模式切换系统2包括可以相互连接的控制模块22、通路计算模块23、脉宽调制模块24、过流封锁模块25以及电流比较模块21。其中，电流比较模块21分别与拓扑电路1、控制模块22以及过流封锁模块25进行连接，从而电流比较模块21可以对拓扑电路1的输出电流进行检测和判断，并将判断的结果通过电平信号的方式发送至通路计算模块23，同时控制模块22会持续的向通路计算模块23发送占空比信号。通路计算模块23可以根据电平信号以及占空比信号向脉宽调制模块24发送调制波比较计数值。脉宽调制模块24则可以根据接收的调制波比较计数值生成与第一器件组11和第二器件组12对应的控制信号并发送至过流封锁模块25。过流封锁模块25则可以根据控制信号以及电平信号分别向第一器件组11和第二器件组12发送开关信号，以使得第一器件组11或第二器件组12对拓扑电路1进行开通或关断。
可以理解的是，过载模式切换系统2通过电流比较模块21以及通路计算模块23，可以实现拓扑电路1在两种工作模式下脉宽调制所需的调制波比较计数值的快速配置，从而保证过载模式切换系统2能够对拓扑电路1在两种工作模式之间进行平稳且快速的切换。
本实施例中，控制模块22的占空比信号是通过控制器进行输出的参考信号，具有正负状态；其正负状态随参考波的值进行变化。
本实施例中，如图3所示，电流比较模块21包括额定电流比较模块211和最大电流比较模块212。当拓扑电路1的输出电流小于额定电流时，额定电流比较模块211和最大电流比较模块212均输出高电平信号。当拓扑电路1的输出电流大于额定电流且小于最大电流时，额定电流比较模块211输出低电平信号，最大电流比较模块212输出高电平信号。当拓扑电路1的额定电路大于最大电流时，额定电流比较模块211和最大电流比较模块212均输出低电平信号。额定电流比较模块211可以将输出的电平信号发送至通路计算模块23以及过流封锁模块25，最大电流比较模块212可以将输出的电平信号发送至过流封锁模块25。
可以理解的是，由于拓扑电路1为交流输出，所以电流比较模块21在对拓扑电路1的输出电流进行判断前需要对拓扑电路1的输出电流取绝对值，以保证判断结果的准确性。
本实施例中，通路计算模块23包括第一通路选择单元231、第二通路选择单元232、第一计算单元233、第二计算单元234和第三计算单元235。其中，第一通路选择单元231的输入端与控制模块22相连接；第一通路选择单元231的输出端分别与第三计算单元235以及第二通路选择单元232的输入端进行连接。同时第一通路选择单元231可以通过接收额定电流比较模块211输出的电平信号以进行连通路径的选择；从而当额定电流比较模块211输出的低电平信号时，第一通路选择单元231的连通路径为输出端与第三计算单元235进行导通，从而控制模块22发出的占空比信号可以直接输送至第三计算单元235内并计算出相应的调制波比较计数值；而当额定电流比较模块211输出的高电平信号时，第一通路选择单元231的连通路径为输出端与第二通路选择单元232进行导通，从而控制模块22发出的占空比信号可以输送至第二通路选择单元232的输入端。第二通路选择单元232的输出端分别与第一计算单元233和第二计算单元234连通；同时，第二通路选择单元232可以根据占空比信号的正负状态来进行连通路径的选择。从而当占空比信号为正时，第二通路选择单元232的连通路径为输出端与第一计算单元233导通，从而占空比信号可以输送至第一计算单元233中并计算出相应的调制波比较计数值。而当占空比信号为负时，第二通路选择单元232的连通路径为输出端与第二计算单元234导通，从而占空比信号可以输送至第二计算单元234中并计算出相应的调制波比较计数值。
可以理解的是，第一计算单元233、第二计算单元234和第三计算单元235计算出的调制波比较计数值各不相同。
同时，第一通路选择单元231和第二通路选择单元232的结构可以看作成一个逻辑开关结构，其输出端可以有多个，优选为两个，可以分别标记为01和02，从而第一通路选择单元231和第二通路选择单元232的连通路径可以表示为开关与输出端01连通或开关与输出端02连通。
此时，通路计算模块23的其中一个优选的连接方式可以为：第一通路选择单元231的输出端01与第二通路选择单元232的输入端连通，第一通路选择单元231的输出端02与第三计算单元235相连通；第二通路选择单元232的输出端01和02分别与第一计算单元233以及第二计算单元234相连通。
根据上述的连接方式，通路计算模块23的工作流程为：当额定电流比较模块211电平信号输送至第一通路选择单元231时，若电平信号为低电平，则第一通路选择单元231的开关与输出端02相连通，从而控制模块22的占空比信号可以输送至第三计算单元235，此时第二通路选择单元232与第一通路选择单元231断开；若电平信号为高电平，则第一通路选择单元231的开关与输出端01相连通，从而控制模块22的占空比信号可以输送至第二通路选择单元232的输入端，此时第三计算单元235与第一通路选择单元231断开。随后第二通路选择单元232对占空比信号的正负状态进行判断，若占空比信号为正，则第二通路选择单元232的开关与输出端01相连通，从而占空比信号输送至第一计算单元233；若占空比信号为负，则第二通路选择单元232的开关与输出端02相连通，从而占空比信号输送至第二计算单元234。
本实施例中，调制波比较计数值是关于第一器件组11和第二器件组12中各任意一个半导体器件的对比值；即半导体器件S1和半导体器件S2或S3进行对比，以及半导体器件S4和半导体器件S3或S2进行对比。具体的选择可以根据实际需要进行设置；优选为第一器件组11中半导体器件S1和第二器件组12中的半导体器件S3进行对比，可以表示为CMP-13；则第一器件组11中半导体器件S4和第二器件组12中的半导体器件S2进行对比，可以表示为CMP-24。
则第一计算单元233对于CMP-13和CMP-24的计算公式为：CMP-13=d×Cmax，CMP-24=Cmax；其中，d表示占空比信号的值，Cmax表示脉冲调制模块24的三角波计数最大值。
同时，第二计算单元234对于CMP-13和CMP-24的计算公式为：CMP-13=0，CMP-24=(1+d)×Cmax。
第三计算单元235对于CMP-13和CMP-24的计算公式为：CMP-13=CMP-24=(1+d)/2×Cmax。
本实施例中，如图5所示，脉冲调制模块24可以接收第一计算单元233、第二计算单元234和第三计算单元235发送的调制波比较计数值CMP-13和CMP-24，并将CMP-13和CMP-24通过算法生成与半导体器件S1、S2、S3以及S4相对应的控制信号PWMS1、PWMS2、PWMS3以及PWMS4。
可以理解的是，脉冲调制模块24可以将调制波比较计数值CMP-13和CMP-24代入至三角波脉冲中，从而可以得到电平脉冲形式的控制信号PWMS1、PWMS2、PWMS3以及PWMS4，并将得到的控制信号发送至过流封锁模块25。
本实施例中，如图6所示，过流封锁模块25包括第一与门单元组和第二与门单元组；第一与门单元组的输出端与第一器件组11对应连接，第二与门单元组的输出端与第二器件组12对应连接。第一与门单元组的输入端接口分别接收最大电流比较模块212输出的电平信号以及脉宽调制模块24对应输出的控制信号PWMS1和PWMS4，以使得第一与门单元组根据输入端的电平状态控制第一器件组11对拓扑电路1进行开通或关断。第二与门单元组的输入端接口分别接收额定电流比较模块211输出的电平信号以及脉宽调制模块24对应输出的控制信号PWMS2 和PWMS3，以使得第二与门单元组根据输入端的电平状态控制第二器件组12对拓扑电路1进行开通或关断。
具体的，第一与门单元组和第二与门单元组均包括两个与门单元，从而整个过流封锁模块25包括四个与门单元，四个与门单元的输出端分别与对应的四个半导体器件S1、S2、S3以及S4进行连通，从而四个与门单元可以分别对应为第一与门单元251、第二与门单元252、第三与门单元253和第四与门单元254，其中第一与门单元251和第四与门单元254组成第一与门单元组，第二与门单元252和第三与门单元253组成第二与门单元组。
可以理解的是，第一与门单元251的输入端可以接收最大电流比较模块212输出的电平信号以及控制信号PWMS1，第一与门单元251的输出端与半导体器件S1连通。从而根据与门电路的工作逻辑原理，当输入端均为高电平时，第一与门单元251可以向半导体器件S1发送开关信号，否则半导体器件S1将被封锁。
第二与门单元252的输入端可以接收额定电流比较模块211输出的电平信号以及控制信号PWMS2，第二与门单元252的输出端与半导体器件S2连通。从而当输入端均为高电平时，第二与门单元252可以向半导体器件S2发送开关信号，否则半导体器件S2将被封锁
第三与门单元253的输入端可以接收额定电流比较模块211输出的电平信号以及控制信号PWMS2，第三与门单元253的输出端与半导体器件S3连通。从而当输入端均为高电平时，第三与门单元253可以向半导体器件S3发送开关信号，否则半导体器件S3将被封锁。
第四与门单元254的输入端可以接收最大电流比较模块212输出的电平信号以及控制信号PWMS4，第四与门单元254的输出端与半导体器件S4连通。从而当输入端均为高电平时，第四与门单元254可以向半导体器件S4发送开关信号，否则半导体器件S4将被封锁。
过载模式切换系统2的具体工作过程，如图1至图6所示。
为了方便描述，可以将第一计算单元233至第三计算单元235输出的调制波比较计数值CMP-13和CMP-24通过b1、b2和b3进行表示。将控制信号PWMS1、PWMS2、PWMS3以及PWMS4通过脉冲信号c1、c2、c3和c4进行输出。第一与门单元251至第四与门单元254发送的开关信号可以通过e1、e2、e3和e4进行表示。
一、拓扑电路1进行正常工作。
（1）此时拓扑电路1的输出电流i0小于额定电流Irate。电流比较模块21根据输出电流i0，使得额定电流比较模块211和最大电流比较模块212输出的电平信号a1和a2均为高电平。其中，电平信号a1分别发送至通路计算模块23以及过流封锁模块25，而电平信号a2只发送至过流封锁模块25。
（2）第一通路选择单元231根据高电平的电平信号a1将占空比信号的值d发送至第二通路选择单元232。假设此时占空比信号的值d≥0，则第二通路选择单元232将占空比信号的值d输送至第一计算单元233进行，通过第一计算单元233将得到的调制波比较计数值b1输送至脉宽调制模块24。
（3）脉冲调制模块24根据调制波比较计数值b1，可以的得到如图5所示的控制信号PWMS1、PWMS2、PWMS3以及PWMS4的脉冲电平，并通过脉冲信号c1、c2、c3和c4分别发送至过流封锁模块25对应的与门单元。
（4）由于电平信号a1和a2均为高电平；同时脉冲信号c3一直输出高电平脉冲，则第三与门单元253一直向拓扑电路1中的半导体器件S3发送高电平的开关信号e3，以使得半导体器件S3于拓扑电路1中导通。而脉冲信号c4一直输出低电平脉冲，则拓扑电路1中的半导体器件S4一直处于封锁状态。脉冲信号c1和c2为相互交替的高电平脉冲和低电平脉冲，从而拓扑电路1中的半导体器件S1和S2通过开关信号e1和e2能够相互交替的处于导通和封锁状态。在该状态下，拓扑电路1能够形成稳定模态的三电平电路，从而拓扑电路1的输出电流i0可以像传统的三电平单路一样进行输出。
二、拓扑电路1进行过载工作。
（1）假设此时输出电流i0大于额定电流Irate但小于最大电流Imax。电流比较模块21根据输出电流i0，使得额定电流比较模块211输出低电平的电平信号a1，而最大电流比较模块212输出高电平的电平信号a2。其中，电平信号a1分别发送至通路计算模块23以及过流封锁模块25，而电平信号a2只发送至过流封锁模块25。
（2）第一通路选择单元231根据高电平的电平信号a1将占空比信号的值d发送至第二通路选择单元232。假设此时占空比信号的值d≥0，则第二通路选择单元232将占空比信号的值d直接输送至第三计算单元235，通过第三计算单元235将得到的调制波比较计数值b3输送至脉宽调制模块24。
（3）脉冲调制模块24根据调制波比较计数值b3，可以生成对应的控制信号PWMS1、PWMS2、PWMS3以及PWMS4的脉冲电平，并通过脉冲信号c1、c2、c3和c4分别发送至过流封锁模块25对应的与门单元。
（4）由于电平信号a1为低电平，则第二与门单元252和第三与门单元253直接向半导体器件S2和S3输出低电平的开关信号e2和e3，以使得半导体器件S2和S3处于封锁状态。由于电平信号a2为高电平，则第一与门单元251和第四与门单元254可以根据脉冲信号c1和c4来控制半导体器件S1和S4中至少一个处于导通状态，从而能够使拓扑电路1形成稳定模态的两电平电路，进而拓扑电路1能够进行稳定的过载工作。
三、拓扑电路1进行超载工作。
此时拓扑电路1的输出电流i0大于最大电流Imax。电流比较模块21根据输出电流i0，使得额定电流比较模块211和最大电流比较模块212均输出低电平的电平信号 a1和a2。其中，电平信号a1分别发送至通路计算模块23以及过流封锁模块25，而电平信号a2只发送至过流封锁模块25。此时第一与门单元251至第四与门单元254可以分别向半导体器件S1至S4发送低电平的开关信号e1至e4，以使得半导体器件S1至S4均处于封锁状态，从而将拓扑电路1的输出断开，以避免拓扑电路1出现损坏。
本申请的其中一个实施例，如图1所示，T型三电平过载运行系统还包括调频控温系统3。调频控温系统3可以根据整个T型三电平过载运行系统的环境温度以及拓扑电路1的工作状态来控制脉宽调制模块24的脉宽频率，从而可以保证拓扑电路1在运行的过程中不会超温。
可以理解的是，考虑到过载模式切换系统2在拓扑电路1进行过载工作时，将拓扑电路1切换至两电平电路进行工作， 此时电路的发热会增加。若T型三电平过载运行系统还是按照传统的三电平发热进行设计，可能会导致T型三电平过载运行系统的温度超过允许值，进而容易导致系统不正常。若T型三电平过载运行系统按照两电平发热进行设计的话，会造成T型三电平过载运行系统的散热成本增加。
因此，通过在T型三电平过载运行系统中增加调频控温系统3，可以在拓扑电路1进行正常工作时，将T型三电平过载运行系统的运行按照正常频率运行；而当拓扑电路1进行过载工作时，将T型三电平过载运行系统按照温度的变化进行变频运行，以保证温升不超过系统的允许值，从而保证了T型三电平过载运行系统的散热成本不增加。
本实施例中，如图1和图7所示，调频控温系统3包括温度采集模块31、转换模块32和第三通路选择单元33。温度采集模块31可以采集T型三电平过载运行系统的环境温度；转换模块32可以接收温度采集模块31发送的变化的温度信号，并将温度信号转化为不同的三角调制波峰值信号；第三通路选择单元33的输入端与转换模块32连接，第三通路选择单元33的输出端与脉宽调制模块24相连接，同时第三通路选择单元33还可以接收额定电流比较模块211的电平信号，从而第三通路选择单元33可以根据额定电流比较模块211的电平信号的高低电平状态，将转换模块32产生的不同的三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块24，进而得以对脉宽调制模块24发出的控制信号的频率进行调节。
可以理解的是，转换模块32对温度采集模块31发送的温度信号的转换方式包括但不限于下述的方式。
转换模块32可以将温度采集模块31发送的环境温度T转换为对应的三角波峰值Cmax-T。同时设定T型三电平过载运行系统的正常温度的阀值为Tnormal，阀值Tnormal对应的三角波峰值Cmax-T为设定值Cmax-rate。
从而当环境温度T小于阀值Tnormal时，第三通路选择单元33可以将恒定的三角波波峰值Cmax-rate输出至脉宽调制模块24，以保证脉宽调制模块24进行三角波最大计数值Cmax=Cmax-rate的恒频工作。
而当环境温度T大于阀值Tnormal时，转换模块32可以生成随温度增加呈线性增大的三角波峰值Cmax-T；从而第三通路选择单元33可以将持续变化的三角波峰值Cmax-T输出至脉宽调制模块24，以保证脉宽调制模块24进行Cmax=Cmax-T的变频工作。
调频控温系统3的具体工作流程，如图1、图2、图5和图7所示。
为了方便描述，可以将第三通路选择单元33输出的三角调制波峰值信号用f进行表示。
一、拓扑电路1正常工作。
拓扑电路1的输出电流i0小于额定电流Irate，从而额定电流比较模块211向第三通路选择单元33输出高电平的电平信号a1，此时第三通路选择单元33的开关与输出端02进行连通，从而第三通路选择单元33将转换模块32生成的三角波峰值Cmax-T=Cmax-rate以三角调制波峰值信号f发送至脉宽调制模块24，以使得脉宽调制模块24能够进行恒频工作。
二、拓扑电路1过载工作。
拓扑电路1的输出电流i0大于额定电流Irate但小于最大电流Imax，从而额定电流比较模块211向第三通路选择单元33输出低电平的电平信号a1，此时第三通路选择单元33的开关与输出端01进行连通，从而第三通路选择单元33将转换模块32生成的三角波峰值Cmax-T以三角调制波峰值信号f发送至脉宽调制模块24；此时三角波峰值Cmax-T的具体值与环境温度T有关。
（1）若环境温度T 小于阀值Tnormal，则第三通路选择单元33可以将三角波峰值Cmax-T=Cmax-rate输出至脉宽调制模块24，以保证脉宽调制模块24进行三角波最大计数值Cmax=Cmax-rate的恒频工作。
（2）若环境温度T大于阀值Tnormal，则第三通路选择单元33可以将随温度变化而持续变化的三角波峰值Cmax-T输出至脉宽调制模块24，以保证脉宽调制模块24进行Cmax=Cmax-T的变频工作。
本申请的调频控温系统3不仅可以应用于T型的三电平拓扑电路1，还可以应用于其他的拓扑电路中。通过变频来实现低功率运行，从而节省系统的散热成本。
本申请的另一个方面，提供了一种T型三电平过载运行系统的工作方法，包括如下步骤：
S100：控制模块22向通路计算模块23发送占空比信号。
S200：电流比较模块对拓扑电路1的输出电流进行检测判断，并将判断结果以电平信号的形式发送出。
S300：通路计算模块23接收占空比信号以及电平信号，并根据电平信号的电平高低以及占空比信号的正负，计算出多组对应于第一器件组11和第二器件组12的调制波比较计数值。
S400：脉宽调制模块24可以将各组的调制波比较计数值以控制信号的形式发送至过流封锁模块25。
S500：过流封锁模块25可以根据电平信号以及控制信号分别向第一器件组11和第二器件组12发送开关信号。
S600：转换模块32可以将温度采集模块31采集的环境温度转化为不同的三角调制波峰值信号，第三通路选择单元33根据电平信号将不同的三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块24以调节控制信号的频率。
本实施例中，步骤S200包括如下具体步骤：
S210：电流比较模块检测到拓扑电路1的输出电流为i0并与额定电路Irate和最大电流Imax进行比较。
S220：若输出电流i0的绝对值小于额定电路Irate，则额定电流比较模块211和最大电流比较模块212均输出高电平信号；否则进行下一步骤。
S230：若输出电流i0的绝对值大于额定电路Irate且小于最大电流Imax，则额定电流比较模块211输出低电平信号，最大电流比较模块212输出高电平信号；否则额定电流比较模块211和最大电流比较模块212均输出低电平信号。
本实施例中，步骤S300包括如下具体步骤：
S310：第一通路选择单元231接收到额定电流比较模块211的电平信号a1以及占空比信号的值d。
S320：若电平信号a1为低电平，则第一通路选择单元231将占空比信号的值d输送至第三计算单元235，第三计算单元235可以计算得到调制波比较计数值CMP-13和CMP-24，且CMP-13=CMP-24=[(1+d)/2] ×Cmax；若电平信号a1为高电平，则进行下述步骤。
S330：第一通路选择单元231将占空比信号的值d发送至第二通路选择单元232。
S340：若占空比信号的值d≥0，则第二通路选择单元232将占空比信号的值d发送至第一计算单元233，第一计算单元233可以计算得到调制波比较计数值CMP-13=d×Cmax以及CMP-24=Cmax；否则进行下一步骤。
S350：占空比信号的值d＜0，第二通路选择单元232将占空比信号的值d发送至第二计算单元234，第二计算单元234可以计算得到调制波比较计数值CMP-13=0以及CMP-24=(1+d)×Cmax。
本实施例中，步骤S600包括如下具体步骤：
S610：温度采集模块31采集环境温度T并发送至转换模块32。
S620：转换模块32将温度T转化为三角波峰值Cmax-T，并将三角波峰值Cmax-T以三角调制波峰值信号的方式进行发送。
S630：第三通路选择单元33可以接受三角调制波峰值信号以及额定电流比较模块211的电平信号a1。
S640：若电平信号a1为高电平，则第三通路选择单元33将三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块24，以使得三角波计数最大值Cmax为恒定值Cmax-rate，从而脉宽调制模块24恒频工作；若电平信号a1为低电平，则进行下一步骤。
S650：第三通路选择单元33将三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块24，以使得三角波计数最大值Cmax为随温度T对应变化的三角波峰值Cmax-T，从而脉宽调制模块24可以进行恒频或变频工作。
以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种T型三电平过载运行系统，其特征在于，包括：
过载模式切换系统；以及
拓扑电路，所述拓扑电路上连接有相互呈T形的第一器件组和第二器件组；
其中，所述第一器件组进行过载容量设计，所述第二器件组进行额定容量设计；
所述过载模式切换系统适于和所述拓扑电路进行连接，以使得所述过载模式切换系统根据所述拓扑电路的输出电流，以控制所述第一器件组对所述拓扑电路进行过载工作的两电平运行，或控制所述第一器件组和所述第二器件组对所述拓扑电路进行正常工作的三电平运行。
2.如权利要求1所述的T型三电平过载运行系统，其特征在于，所述过载模式切换系统包括：
电流比较模块，所述电流比较模块适于根据所述拓扑电路的输出电流发送电平信号；
控制模块，所述控制模块适于发送占空比信号；
通路计算模块，所述通路计算模块适于接收电平信号以及占空比信号，并根据接收的信号进行调制波比较计数值的计算；
脉宽调制模块，所述脉宽调制模块适于根据调制波比较计数值生成与所述第一器件组和所述第二器件组对应的控制信号；以及
过流封锁模块，所述过流封锁模块适于根据接收的控制信号以及电平信号，分别向所述第一器件组和所述第二器件组发送开关信号，以使得所述第一器件组或所述第二器件组对所述拓扑电路进行开通或关断。
3.如权利要求2所述的T型三电平过载运行系统，其特征在于：所述电流比较模块包括额定电流比较模块和最大电流比较模块；
所述额定电流比较模块和所述最大电流比较模块适于根据所述拓扑电路输出电流的大小以输出高电平信号或低电平信号；
所述额定电流比较模块适于将输出的电平信号发送至所述通路计算模块以及所述过流封锁模块，所述最大电流比较模块适于将输出的电平信号发送至所述过流封锁模块。
4.如权利要求3所述的T型三电平过载运行系统，其特征在于，所述通路计算模块包括：
第一通路选择单元，所述第一通路选择单元适于接收所述额定电流比较模块输出的电平信号以及所述控制模块的占空比信号；
第三计算单元，所述第三计算单元与所述第一通路选择单元的输出端连接；以使得当电平信号为低电平时，所述第三计算单元根据接收的占空比信号计算出调制波比较计数值；
第二通路选择单元，所述第二通路选择单元的输入端与所述第一通路选择单元的输出端连接；
第一计算单元，所述第一计算单元与所述第二通路选择单元的输出端连接；以及
第二计算单元，所述第二计算单元与所述第二通路选择单元的输出端连接；以使得当电平信号为高电平时，所述第二通路选择单元根据占空比信号的正负状态以分别输送至所述第一计算单元或第二计算单元内并计算出调制波比较计数值。
5.如权利要求3所述的T型三电平过载运行系统，其特征在于：所述过流封锁模块包括第一与门单元组和第二与门单元组，所述第一与门单元组的输出端与所述第一器件组对应连接，所述第二与门单元组的输出端与所述第二器件组对应连接；所述第一与门单元组的输入端接口分别接收所述最大电流比较模块输出的电平信号以及所述脉宽调制模块对应输出的控制信号；所述第二与门单元的输入端接口分别接收所述额定电流比较模块输出的电平信号以及所述脉宽调制模块对应输出的控制信号。
6.如权利要求3-5任一项所述的T型三电平过载运行系统，其特征在于：所述T型三电平过载运行系统还包括调频控温系统，所述调频控温系统包括：
温度采集模块，所述温度采集模块适于采集环境温度并生成温度信号；
转换模块，所述转换模块适于接收变化的温度信号并转换为不同的三角调制波峰值信号；以及
第三通路选择单元，所述第三通路选择单元的输入端与所述转换模块连接，所述第三通路选择单元的输出端与所述脉宽调制模块相连接；所述第三通路选择单元适于根据所述额定电流比较模块的电平信号，以将不同的三角调制波峰值信号发送至所述脉宽调制模块，进而得以对所述脉宽调制模块发出的控制信号的频率进行调节。
7.一种T型三电平过载运行系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100：控制模块向通路计算模块发送占空比信号的值d；
S200：电流比较模块对拓扑电路的输出电流进行检测判断，并将判断结果以电平信号的形式发送出；
S300：通路计算模块接收占空比信号的值d以及电平信号，并根据电平信号的电平高低以及占空比信号的正负，计算出多组对应于第一器件组和第二器件组的调制波比较计数值；
S400：脉宽调制模块将各组的调制波比较计数值以控制信号的形式发送至过流封锁模块；
S500：过流封锁模块根据电平信号以及控制信号分别向第一器件组和第二器件组发送开关信号；
S600：转换模块将温度采集模块采集的环境温度转化为不同的三角调制波峰值信号，第三通路选择单元根据电平信号将不同的三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块以调节控制信号的频率；
其中，第一器件组包括半导体器件S1和半导体器件S4，第二器件组包括半导体器件S2和半导体器件S4。
8.如权利要求7所述的T型三电平过载运行系统的工作方法，其特征在于，步骤S200包括如下具体步骤：
S210：电流比较模块将拓扑电路的输出电流i0分别与额定电路Irate和最大电流Imax进行比较；
S220：若输出电流i0的绝对值小于额定电路Irate，则额定电流比较模块和最大电流比较模块均输出高电平信号；否则进行下一步骤；
S230：若输出电流i0的绝对值大于额定电路Irate且小于最大电流Imax，则额定电流比较模块输出低电平信号，最大电流比较模块输出高电平信号；否则额定电流比较模块和最大电流比较模块均输出低电平信号。
9.如权利要求7所述的T型三电平过载运行系统的工作方法，其特征在于，步骤S300包括如下具体步骤：
S310：第一通路选择单元接收到额定电流比较模块的电平信号a1以及占空比信号的值d；
S320：若电平信号a1为低电平，则第一通路选择单元将占空比信号的值d输送至第三计算单元，第三计算单元计算得到调制波比较计数值CMP-13和CMP-24，且CMP-13=CMP-24=[(1+d)/2] ×Cmax；若电平信号a1为高电平，则进行下列步骤；
S330：第一通路选择单元将占空比信号的值d发送至第二通路选择单元；
S340：若占空比信号的值d≥0，则第二通路选择单元将占空比信号的值d发送至第一计算单元，第一计算单元计算得到调制波比较计数值CMP-13=d×Cmax以及CMP-24=Cmax；否则进行下一步骤；
S350：占空比信号的值d＜0，第二通路选择单元将占空比信号的值d发送至第二计算单元，第二计算单元计算得到调制波比较计数值CMP-13=0以及CMP-24=(1+d)×Cmax；
其中，CMP-13表示半导体器件S1和S3的调制波比较计数值，CMP-24表示半导体器件S2和S4的调制波比较计数值，Cmax表示脉宽调制模块的三角波计数最大值。
10.如权利要求7所述的T型三电平过载运行系统的工作方法，其特征在于：步骤S600包括如下具体步骤：
S610：温度采集模块采集环境温度T并发送至转换模块；
S620：转换模块将温度T转化为三角波峰值Cmax-T，并将三角波峰值Cmax-T以三角调制波峰值信号的方式进行发送；
S630：第三通路选择单元接受三角调制波峰值信号以及额定电流比较模块的电平信号a1；
S640：若电平信号a1为高电平，则第三通路选择单元将三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块，以使得三角波计数最大值Cmax为恒定值Cmax-rate，从而脉宽调制模块恒频工作；若电平信号a1为低电平，则进行下一步骤；
S650：第三通路选择单元将三角调制波峰值信号发送至脉宽调制模块，以使得三角波计数最大值Cmax为随温度T进行变化的三角波峰值Cmax-T，从而脉宽调制模块进行恒频或变频工作。
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