确定时间间隔的方法、开关器件及功率变换器 |
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| 申请号 | CN201410440204.7 | 申请日 | 2014-09-01 | 公开(公告)号 | CN104426409A | 公开(公告)日 | 2015-03-18 |
| 申请人 | 控制技术有限公司; | 发明人 | 安东尼·约翰·韦伯斯特; 西蒙·大卫·哈特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种确定时间间隔的方法、 开关 器件及功率变换器。该方法用于确定功率变换器中开关器件的开关事件之间的时间间隔，该开关器件耦合到直流DC电源以便以特定的开关 频率 提供交流AC 电流 输出，该方法包括：选择开关器件的第一开关事件和随后的第二开关事件之间的时间间隔的初始长度；当所述时间间隔达到初始长度时，获取开关器件的电流测量值；改变所述时间间隔的长度；当所述时间间隔的长度变化时，获得开关器件的电流测量值；使用所获得的电流测量值来检测开关器件中电流的产生；通过所述时间间隔的长度的变化和所获得的电流测量值，确定当开关器件中产生电流时的时间间隔的长度tg。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种确定时间间隔的方法，用于确定功率变换器中开关器件的开关事件之间的时间间隔，所述开关器件耦合到直流DC电源以便以特定的开关频率提供交流AC电流输出，其特征在于，该方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 确定时间间隔的方法、开关器件及功率变换器技术领域[0001] 本发明公开了一种确定时间间隔的方法、开关器件及功率变换器，特别地，涉及一种确定功率变换器中开关事件之间的死区时间间隔的改进方法和系统。 背景技术[0004] 图1示出了组成已知逆变器的一部分的反相级100。反相级100包括三个独立的相或“支路”200、300、400(也分别指U相、V相和W相)。每相包括有两个串接的开关：在200/U相中的200a、200b；在300/V相中的300a、300b；以及在400/W相中的400a、400b。开关200a、300a和400a连接到正导轨105(也被称为“上”开关)，而开关200b、300b和400b连接到负导轨107(也被称为“下”开关)。在图1中，每个开关都是IGBT(绝缘栅双极晶体管)。但是也可以使用任何其他合适的功率晶体管-包括功率场效应管(MOSFET)、结型场效应管(JFET)和双极型晶体管(BJT)。可以采用任何合适的控制系统，比如基于微处理器的解决方案，可用来控制开关200a、200b、300a、300b、400a和400b的开关动作，从而控制反相级100的输出。虽然图1中未示出将微处理器连接到功率晶体管的缓冲电路，但当需要该类电路来提供隔离、电平转换和更高的驱动能力时，也可以包括该类电路。 [0005] 在图1中，反相级100还包括三个电流测量分流器：200c、300c和400c-每相一个，且分别串接在相应的下开关200b、300b和400b与负导轨107之间。众所周知，可以在中低端性能逆变器中采用电流测量分流器(也被称为“分流器电阻”)，如图1所示，从而可在下IGBT发射极开关中找到电流反馈。图2示出了一个典型的、用于检测电压的反馈电路。反相级100的每一相通常都有这种反馈电路。 [0006] 从图2可以看出，反馈电路500包括电流测量分流器502(与图1中所示的三个电流测量分流器200c、300c和400c中的一个相对应)，快速差分放大器504和提供快速短路检测的比较器电路部分506。它也包括采样和保持电路部分505用于对从微控制器(或“微处理器”)A到D变换器(未示出)采样信号。差分放大器504和比较器电路部分506可以把反相级每相200、300和400的检测电流(由相应的电流测量分流器：200c、300c和400c检测)和硬件定义的阈值相比较，并且若电流过大则产生低逻辑信号。一般情况下，该信号由本地微控制器处理(未示出)，并且采用缓冲电路(未示出)来快速关断逆变器。这样可以由电流测量分流器：200c、300c和400c及与它们相应的反馈电路500向反相级100提供过流保护。 [0007] 通过控制六个开关200a、200b、300a、300b、400a、400b的开关状态，可以使反相级100产生正弦交流输出电流。用于控制逆变器的开关状态的控制方案对于本领域的普通技术人员来说是已知的，这里不再赘述。在申请号为1313576.9的德国专利申请中，描述了一种调制功率变换器开关器件中开关信号的、改进的控制方案，专利申请者为控制技术有限公司(Control Techniques Ltd.)，该申请再次全部引入作为参考。 [0008] 一般情况下，反相级100必须受控，这样同相中的两个开关不会在同一时间接通。因此，若200a接通，200b必须关断，反之亦然；若300a接通，300b必须关断，反之亦然；并且若400a接通，400b必须关断，反之亦然。若反相级100的同一相或支路中的两个开关同时接通，则该支路中会产生“击穿”电流。击穿电流是不期望出现的，并会损坏电路，例如会引起直流供电端(未示出)短路。即便是低电平的击穿电流-虽然不会对逆变器电路立即造成损坏-但仍然会产生不良效果，比如增加开关损耗、造成高温和辐射发射。因此要给逆变器电路提供击穿保护。通常在开关事件之间提供一个“死区时间”来实现击穿保护，该时间间隔足够短，且在该时间间隔内逆变器支路的两个开关都被关闭。举例说明，在逆变器支路的开关过程中，死区时间在上开关关断之后、且在下开关接通之前产生，反之亦然。该死区时间针对电路器件的固有低容差或延迟提供了安全保护，否则，当上端开关关断时，若下端开关立刻接通，会使两个开关有效地同时接通，反之亦然。 [0009] 包括死区时间的逆变器开关控制方案可能会具有不好的效果，包括输出电流波形畸变或逆变器输出电压的水平降低。因此，对于如图1所示电路中的死区时间(即时间间隔的长度)的选择一般是在精确的电压输出和击穿保护之间的平衡。根据已知方法，可以在产品开发测试过程中选择并固定(或设置)死区时间。这意味着同一生产批次的逆变器可以设置有相同的死区时间，这样一般情况下会导致基于最恶劣条件和批次容差的死区时间值，因此比该批次内大多数产品所要求的死区时间要长。另外一种替代方案是在单个产品的基础上，逆变器在自调谐过程中确定合适的死区时间。然而，在自调谐过程中确定死区时间的现有方法一般比较复杂并要求大量的计算。 发明内容[0010] 根据本发明第一方面，提供一种确定时间间隔的方法，用于确定功率变换器中开关器件的开关事件之间的时间间隔，所述开关器件耦合到直流DC电源以便以特定的开关频率提供交流AC电流输出，该方法包括以下步骤： [0011] 选择所述开关器件的第一开关事件和随后的第二开关事件之间的时间间隔的初始长度； [0012] 当所述第一开关事件和所述随后的第二开关事件之间的时间间隔达到所述初始长度时，获取所述开关器件的电流测量值； [0013] 改变所述第一开关事件和所述随后的第二开关事件之间的时间间隔的长度； [0014] 当所述时间间隔长度变化时，获得所述开关器件的电流测量值； [0015] 使用所述获得的电流测量值来检测所述开关器件中电流的产生； [0016] 通过所述时间间隔长度的变化和所述获得的电流测量值，确定当所述开关器件中产生电流时的时间间隔长度tg。 [0017] 通过改变功率变换器中开关器件的开关事件之间的时间间隔长度并观察该变化如何影响开关器件的电流，可检测到诸如击穿电流产生的效果。此外，可以随后解释这些效果——例如通过配置开关器件来确保开关事件之间的时间间隔长度总是高于阈值，以避免产生击穿电流。 [0018] 上述开关器件可包括第一开关和第二开关，其中所述第一开关事件包括关闭所述第一开关，且所述第二开关事件包括接通所述第二开关，反之亦然。检测开关器件中产生电流的步骤包括检测流经所述第一和第二开关的电流。例如，它可包括检测流经所述第一开关和所述第二开关的电流值的变化。该变化可能说明开关器件中产生了击穿电流。 [0019] 上述开关器件可能会发生第三开关事件和随后的第四开关事件，其中第三开关事件和第二开关事件相反，第四开关事件和第一开关事件相反。在所述开关器件工作过程中，选择并改变所述第三开关事件和所述第四开关事件之间的时间间隔长度以便其和所述第一开关事件和第二开关事件之间的时间间隔长度相等。 [0020] 上述检测所述开关器件中产生电流的步骤包括检测所述开关器件的电流测量值在何时超出阈值。 [0021] 上述开关器件包括一个或多个开关支路，其中所述第一开关事件和所述第二开关事件在同一开关支路上发生。上述开关器件也会包括两个或多个开关支路，其中所述两个多个中的每个开关支路包括一对开关。上述方法可重复作用于开关器件的每个开关支路。 [0022] 该方法进一步包括以下步骤，当开关器件中电流产生时的时间间隔长度tg被确定后，选择所述第一开关事件和所述第二开关事件之间合适的(或“改进的”)时间间隔长度ts，其中所述选择的时间间隔的长度ts应用在所述功率变换器随后的运行中的开关事件之间。 [0023] 上述选择所述第一开关事件和所述第二开关事件之间改进的时间间隔长度ts的步骤包括：给在确定所述开关器件产生电流时所确定的时间间隔长度tg施加一个裕量。上述施加裕量用于改变时间间隔的长度tg从而解决以下任一问题的影响：检测误差、温度变化对组件运行状况的影响、组件老化、组件磨损和损坏、或者同类型的不同组件之间的变化。 [0024] 可在上述功率变换器调谐过程中实施用于确定当所述开关器件中产生电流时的时间间隔长度tg的步骤。 [0025] 上述方法进一步包括以下步骤，在实施用于确定当所述开关器件产生电流时的时间间隔长度(tg)的步骤之前，改变所述开关器件的电流检测阈值。对上述开关器件电流检测阈值的改变只是临时的更改。可以使用任意合适的方法使其有效，例如采用连接到开关器件电流传感器的反馈电路。 [0026] 确定当所述开关器件产生电流时的时间间隔长度(tg)的步骤包括确定所获得的电流测量值超出所述改变的电流检测阈值时的时间间隔长度。若所获得的电流测量值超出所述改变的电流检测阈值，所述开关器件会发生电路跳闸。 [0027] 根据本发明的第二方面，提供一种系统或装置以实施根据本发明第一方面的方法。 [0028] 根据本发明的第三方面，提供一种开关器件，用于功率变换器，该开关器件耦合到直流DC电流源以便以特定的开关频率提供交流AC电流输出。该开关器件设置为至少使第一开关事件和随后的第二开关事件能够发生，其中所述第一开关事件和随后的第二开关事件之间存在有时间间隔。通过选择所述开关器件的第一开关事件和第二开关事件之间的时间间隔的初始长度来确定所述时间间隔的长度，并且当所述开关器件的第一开关事件和第二开关事件之间的初始时间间隔达到所述初始长度时，获取该开关器件的电流测量值。此后，该确定步骤包括改变所述开关器件的第一开关事件和第二开关事件之间的时间间隔的长度，并且当所述时间间隔长度变化时，获取该开关器件的电流测量值。使用所述获得的电流测量值来检测所述开关器件中电流的产生，并通过所述时间间隔长度的变化和所述获得的电流测量值，确定当所述开关器件中产生电流时的时间间隔长度tg。 [0029] 上述开关器件可被适用于，设计成或配置为执行根据第一方面所述的一些或所有方法步骤。 [0030] 上述开关器件可能被包括在一个功率变换器中，例如逆变器。 [0031] 根据第四方面，还提供了一种计算机、处理器或控制器，被配置为执行根据第一方面的一些或全部方法步骤。计算机可读介质的计算机执行指令可以被配置为用于计算机、处理器或控制器去执行根据第一方面的一些或全部方法步骤。 [0032] 本发明还提供一种功率变换器，包含如上所述的开关器件。 附图说明[0034] 下面将结合以下附图说明本发明的优选实施例，其中： [0035] 图1示出了包括电流测量分流器的反相级电路； [0036] 图2示出了已知的电流反馈电路； [0037] 图3示出了改进的电流反馈电路，该电路包括用于调节过流跳闸电平的组件；以及 [0038] 图4示出了改变逆变器发射极峰值电流的死区时间间隔的效果。 [0039] 概述 [0040] 提供了一种改进的方法和系统，用来确定逆变器或其它功率变换器的合适的死区时间。可以在设计和/或调谐过程中确定死区时间，然后将其用于功率变换器的随后运行中。 [0041] 死区时间被设置为逆变器电路同一支路或同一相的连续开关事件之间的时间间隔。每一相(或支路)通常都有两个开关，且这两个开关受控从而它们不会被同时接通。死区时间发生在第一个开关关断之后、第二个开关接通之前，反之亦然。 [0042] 考虑到组件延迟和温度变化等因素，死区时间基于开关事件之间所需的时间间隔被确定以确保同一支路上的两个开关不会被同时接通。两个开关同时接通时将导致逆变器电路中产生击穿电流。该改进的方法包括在调谐过程中通过减少死区时间间隔来调谐逆变器电路的支路，监控逆变器支路的电流并检测“击穿点”-即引起击穿电流产生的足够短的死区时间间隔的时间点。击穿点的死区时间间隔长度(tg)在下文中简称为“击穿死区时间”。考虑到诸如组件随温度和时间的运行状况等因素，可以向击穿死区时间增加一个裕量(或校正因数)。从而为逆变器支路产生改进的死区时间(ts)。该改进的死区时间(ts)可以应用在逆变器随后运行过程中的开关事件之间。 [0043] 逆变器的每个支路都可以被单独调谐以便为每个支路确定合适的死区时间。所确定的多个死区时间中最长的死区时间可以被应用在逆变器电路的每个支路。可选地，可以为逆变器电路的两个或多个支路分别设置不同的死区时间。 [0044] 在调谐过程中，可以采用相对简单的电流测量组件来监控改变逆变器支路的死区时间对电流的影响。该改进的方法可包括合并和/或控制逆变器中适合反馈电路的操作，从而使击穿电流能够在调谐过程中产生以引起过流跳闸。可以设置该反馈电路从而使过流跳闸电平在调谐过程中相对较低，这样可以检测到击穿点，但在逆变器随后的运行中该过流跳闸电平相对较高。这样可实现逆变器的正常运行，减少不必要的跳闸。 具体实施方式[0045] 这里，已经认识到在功率变换器中可以采用相对简单的电路以确定开关事件之间改进的死区时间。 [0046] 如上述关于图1和图2所描述的，电流测量分流器200c、300c和400c可以被用来向反相级100提供过流保护。也可以采用其它组件来代替电流测量分流器，比如电流互感器、巨磁阻(Giant Magneto Resistive，简称为GMR)传感器或霍尔效应传感器。然而，仅为了说明目的，以下描述将针对如图1和图2所示的电路，其中采用了电流测量分流器200c、300c和400c。 [0047] 在运行中，图1中每个电流测量分流器200c、300c和400c测量与其分别连接的反相级相位200、300和400中下开关200b、300b和400b的电流，在如图2中所示的电流反馈电路500的协助下，将测量电流和阈值进行比较。每个电流测量分流器200c、300c和400c的阈值一般是根据预期的负载进行预定义的，考虑到过载过程中的峰值电流，加上一个裕量，且一般称为逆变器该相的“过流跳闸电平”。在逆变器正常的运行过程中，一般可以将包括误差裕量的过流跳闸电平设置为高于逆变器正常运行时的峰值电流的电平，从而避免由于诸如线路充电等因素的影响而产生的误跳闸。 [0048] 图3示出了改进的反馈电路600。可以看出，图3中的反馈电路600包括图2中的所有组件再加上额外的组件(如图3左上角所示)，这样可以为电路600调节过流跳闸电平。下面将进一步描述这种调节。图3中改进的反馈电路600可连接到电流传感器-例如，连接到如图1所示的电流测量分流器。因此，可以使用图3中改进的反馈电路600向反相级提供过流保护，正如这里所指出的，该电路也可以用来测量逆变器支路的击穿电流，并因此可以用来确定逆变器中开关事件之间改进的死区时间。 [0049] 根据一个实施例，在调谐过程中为逆变器确定改进的死区时间。该调谐过程可以在逆变器被出售或发送给最终用户之前由制造商实施。可选地，该调谐过程也可以由诸如最终用户的任意一方来实施，并且可以在使用逆变器之前或在开始使用逆变器之后实施，以便改进逆变器随后的运行。 [0050] 根据一个实施例，调谐过程包括减少逆变器死区时间并监控这种减少对逆变器发射极峰值电流的影响。特别地，可监控该电流以检测击穿电流的产生。一旦确定了使击穿电流产生的死区时间间隔长度(tg)(简称为“击穿死区时间”)，将为逆变器选择合适的死区时间间隔长度(ts)(这里简称为“改进的死区时间”)，且改进的死区时间包括击穿死区时间(tg)和任意其它适用因素。一般情况下，调谐过程目的在于尽可能地最小化改进的死区时间(ts)，同时确保不会产生击穿电流或至多产生可接受的低电平击穿电流。根据一个实施例，选择改进的死区时间(ts)将包括提供一个裕量以考虑到测试误差、组件容差和组件长时间磨损和损坏等因素。根据一个实施例，改进的死区时间(ts)也考虑到其它因素，比如温度变化对逆变器组件运行的影响，这将在下面详述。 [0051] 可以对诸如图1中所示的反相级100实施调谐过程。当然，应该理解的是，也可以采用其它类型的逆变器电路，并将该调谐过程应用在这些逆变器电路。根据一个实施例，给反相级100的每个相位200、300和400分别实施调谐过程，而不切换其它相位，这样在调谐过程中电流仅流经逆变器待测相位200、300和400。切换逆变器待测相位200、300和400，比如在50％的占空比时，并且其死区时间间隔逐渐从相对较高的数值(比如通常用在已知系统中硬件确定的数值)减少到一个较低的数值(tg)，且处于此数值时可以检测到击穿电流的产生。一旦检测到击穿电流，可以为相应的相选择改进的死区时间(ts)并可以为逆变器随后的运行设置该改进的死区时间(ts)。 [0052] 图4显示了在调谐过程中死区时间间隔的减少对通用逆变器发射极峰值电流的影响。图4结果中使用的逆变器是400V逆变器，在室温下测试，然而，应该理解的是，所述调谐过程同样可以适用在其它逆变器上。观察图4，可以看出当逆变器死区时间低于0.5微秒时，发射极电流快速上升。该电流的上升是由于开关事件之间死区时间间隔短而造成的击穿电流的产生。因此在本实施例中击穿死区时间(tg)的值大约为0.5微秒。 [0053] 从图4可看出，通常为该待测逆变器的运行所设置的死区时间间隔(采用先前已知方法)在1.5和2微秒之间。该数值比通过调谐过程确定的0.5微秒的击穿死区时间(tg)大很多。下面将更详尽的描述，甚至当考虑到诸如组件延迟和温度效应等因素而给0.5微秒的值增加时间裕量，采用这里所述的改进方法可以合理地把改进的死区时间(ts)设置在1微秒左右或甚至低于1微秒。例如，在如图1所示的电路中，IGBT发射极的、与温度有关的裕量可能在100纳秒至300纳秒之间-这可以在开发中确定。因此，采用这里所述的改进方法可以大大降低死区时间，从而会对逆变器整体性能有显著的正面影响。 [0054] 如上所述，根据一个实施例，对逆变器改进的死区时间(ts)的选择会考虑到逆变器电路组件可能的温度影响。该调谐过程可以在测试者所选择的任何温度下发生。例如，在制造过程中，逆变器在室温下可以被相对快速地测试(或调谐)以找到“击穿死区时间”(tg)，从而导致在这些测试条件下产生击穿电流。随后，考虑到由于相对较高的温度可能使逆变器在运行过程中产生组件变化，可以对改进的死区时间(ts)加入裕量(或校正因数)。在图1所示的电路中，由于高环境温度，该温度因素系数允许在更高的环境温度下IGBT工作。 [0055] 根据逆变器开关包括IGBT的实施例，在空载下实施该调谐过程以得到击穿死区时间(tg)，因为空载下组件延时而导致的死去时间比带载情况下组件延时而要求死区时间更长。这是因为随着负载减少，开关的关断延时一般会上升而接通延时一般会减少，且关断延时增加量比接通延时降低量更明显。 [0056] 根据一个实施例，在调谐过程中，通过在脉冲测试中测量延时和电流效应来确定死区时间。在这种实施例中，要求相对大的安全裕量从而可以考虑到在逆变器正常运行过程中可能的组件变量。如上所述，甚至当温度系数和组件变化裕量被增加到图4中0.5微秒的击穿死区时间(tg)，以允许图1中IGBT增加的延时，该改进的死区时间(ts)仍然会被合理地设置为1微秒或甚至低于1微秒。因此，和现有技术中的方法相比，可以实现减少大约0.5微秒的死区时间。 [0057] 根据一个实施例，可以针对每个逆变器相或支路单独实施这里所述的调谐过程，从而为每个逆变器相或支路确定合适的死区时间。单个相的最高死区时间值可以被选择作为每相上开关事件之间的间隔，该时间间隔应用在逆变器随后的正常运行中。可选地，可选择相应的死区时间并分别为每相设置该死区时间。可选地，可以选择相同的死区时间并为多个逆变器相(但不是所有相)设置该时间。 [0058] 在图4中所示的结果是逆变器被设置为正常运行值时实施过流跳闸电平的情况下得到的，且在该实施例中为14A。图4中电流击穿在死区时间大约为0.5微秒时开始，且在电流水平为大约3.2A时开始，随着死区时间间隔进一步降低后，该电流迅速上升。由于图4中逆变器采用的过流跳闸电平为14A，击穿电流的产生并未引起过流跳闸。根据一个实施例，为了死区时间调谐的目的，可临时降低过流跳闸电平，这样击穿的产生会造成电路跳闸，并在调谐过程中很容易地被检测到。这可以增加调谐过程的便利性和精确度，因为它可以清晰地确定“击穿死区时间”(tg)，在该时间，可以检测到击穿(或特定的预先定义的击穿电流水平)。 [0059] 应当理解的是，实际上也有不同的方法暂时降低逆变器的过流跳闸电平。获得临时降低的具体方法可取决于以下因素，比如成本、空间以及逆变器电路中的特定器件-例如对电流传感器和/或缓冲电路的选择。 [0060] 根据一个实施例，逆变器的电流反馈电路中可以包括有额外的组件以能够临时降低过流跳闸电平。例如，如图3中所示，改进的反馈电路600的左上角的额外组件可以被集成到传统的电流反馈电路中，比如图2中的电路500，以便能够临时降低过流跳闸电平从而进行死区时间调谐。尽管图3中的电路600所选用的特定组件仅仅是一个能够临时降低逆变器过流跳闸电平的电路示例，为演示目的，下文中将详细描述这些组件。 [0061] 在图3所示的改进的反馈电路600中，分流器电阻602(可以用作如图1所示的逆变器支路200、300和400中的电流测量分流器200c、300c和400c)的阻值尽可能小以最小化功耗。因此，来自分流器电阻602的相应电流信号比较小并需要被放大以避免噪声干扰且使该信号能够适合被模拟电路和微处理器A/D转换器处理。所以图3中反馈电路的第一级是一个基于运算放大器的差分放大器604。它具有一个增益以改善来自分流器电阻602的信号，并具有一个偏置以允许微处理器(未示出)测量流经分流器电阻602的双向电流。图3中反馈电路的第二级是一个比较器606，下面将会详细描述。电路600也包括采样和保持电路部分605用来为微处理器A/D转换器(未示出)采样信号。 [0062] 在过流过程中，差分放大器604的输出以与分流器电阻602的电流呈线性正比关系进行增加。比较器606用来监控差分放大器604的输出。当输出超出比较器606额外管脚设置的电压阈值(Vref)，它设置为改变状态以输出低电平来指示过流已经产生。这由微处理器(未示出)检测，该微处理器调节PWM驱动IGBT关断。 [0063] 比较器606的电压阈值(Vref)对应于前述的逆变器“过流跳闸电平”。在如图3中所示的电路600中，由电阻608a和608b组成的潜在分压器设置该电压阈值，通常来自精确的参考电压。为了临时降低电压阈值(Vref)，图3中的电路600包括一个小的MOSFET 610以将额外的电阻612连接到潜在分压器网络608a和608b下端，这样降低了电压阈值(Vref)。这个小的MOSFET 610可以直接由微处理器(未示出)控制，并只在调谐过程中接通。在逆变器随后的正常运行中，一旦选择并设置合适的死区时间(ts)，MOSFET 610可以保持关断，并且将不会改变比较器电压阈值(Vref)。 [0064] 这样，如上述实例所示的，可以提供一种简单、低成本并且精确的方法来改变逆变器的过流跳闸电平，以用于死区时间调谐。 [0065] 为进行死区时间调谐而进行的过流跳闸电平(或比较器电压阈值Vref)降低的范围可以不同，这取决于特定的逆变器设置。可以选择更小的数值，即过流跳闸电平被降低的数值，以使该数值足够小从而可以产生小的击穿效应，但该数值也应该足够大以避免由于电路中固有的噪音或电流干扰而导致的误跳闸。例如，在一些逆变器产品中，门极驱动电路产生电流脉冲，可以通过分流器电阻看出。应该尽可能选取较低的过流跳闸电平数值，这样这些脉冲在调谐过程中不会引起过流跳闸。 [0066] 如前所述，不属于图1到图3中所示的组件也可以用来监控来自逆变器电路中电流传感器的电流信号，且可临时降低逆变器电路中的过流跳闸电平并作为这里所述的死区时间调谐过程的一部分。尽管图3中的电路600说明了可以仅使用几个组件以一种直接的、紧凑的和高性价比的方式来临时降低逆变器电路中的过流跳闸电平。 [0067] 这里所述的确定逆变器中开关事件之间适合的死区时间的改进方法对逆变器制造商和最终用户都有利。如上述的详细描述，一些相对简单的、以其它用途出现在逆变器电路中的组件，可以被用来监控低电平电流并确定逆变器支路或相的实际击穿点。这里所述的特定的例子包括三个电流测量分流器-每个分别连接到逆变器电路的三个支路上。当然，这里所述的改进方法也可以应用到更复杂的电路设计或更简单的低成本电路设计中。例如，它可应用在以下设计中，即单个电流测量分流器(或其它合适的电流传感器)位于逆变器的负极连接中以检测三个逆变器支路中的电流。 [0068] 该改进的方法采用真实测量，且不依赖于复杂的计算。该方法提供了一种相对简单的低成本解决方案。可以基于运行中的单个逆变器的实际参数选择改进的死区时间(ts)(特别是死区时间的长度以便能够避免或至少最小化逆变器电路所有支路的击穿电流)，而不是基于数据手册中适用于所有批次可能变量的最坏情况下的容差或极限值，否则和基于批次内实际变量选择的死区时间相比会过于保守。 [0069] 当采用这里所述的改进方法确定并随后设置逆变器或其它功率变换器的死区时间间隔时，会使该功率变换器比采用其它方法确定死区时间的类似功率变换器的运行更加可靠。在运行中，功率变换器会更少地降额(特别是在低频输出)并且其击穿电流会更低。改进的死区时间也可实现更好的机器控制、改进质量并降低功率变换器的故障率。这种机器控制的改善至少部分归功于采用改进方法确定的死区时间比采用其它方法确定的功率变换器的死区时间要短的这一事实。就目前所知，PWM常用来控制逆变器级的三个支路，目的是使其输出波形尽可能接近正弦波。死区时间可导致波形上出现缺口，因此使波形畸变并偏离正弦波。通过减少这些缺口的长度可减少波形畸变，这样可使功率变换器进行更好地控制。这尤其是在功率变换器的输出电压相对较低时有效。 [0070] 如上所述，由于采用该改进的方法而使功率变换器在质量和可靠性上的改善，至少部分归功于在确定和设定改进的死区时间后，功率变换器在运行过程中所允许产生的击穿电流的减少。甚至很小的击穿电流会导致损耗增加和/或温度效应，并在高开关频率应用下可产生更大的逆变器应力-所有这些可导致早期产品失效。该改进的方法在调谐过程中甚至能检测很低的击穿电流并能够选择合适的、安全的死区时间间隔，从而可防止该低电平击穿电流的产生。另外，由于该改进的方法包括确定单个功率变换器的实际击穿点，该方法可避免基于有限样本数量而对死区时间值进行的不恰当设置。该改进的方法也可以检测其它方法不能检测的异常情况-这一般依赖于测试几个样品以确定整批产品的参数。例如，逆变器电路中的光耦合器可能会在规格之外工作，导致高频开关应用中的击穿故障。作为另一个例子，对于设计者来说，对逆变器电路组件选择做出小的更改，可能表面上对电路的整体运行没有影响，但实际上可能会引起击穿并导致过热等效应。可以很容易检测到这种异常情况并可采用这里所述的改进方法解决此问题。 [0071] 这里所述的改进方法可提供一种低成本解决方案，因为可以用相对比较少的组件实现这种方案-例如，可在每个逆变器或每个逆变器支路采用一个传感器，比如电流测量分流器、电流互感器、GMR传感器或霍尔传感器，以便监控电流并给相应的反馈电路提供测量信号。其它元件可用于电流检测。例如，在如图1所示电路中，IGBT辅助发射极可以用于电流检测。图2和3给出了反馈电路的具体示例；当然也可以采用其他任何合适的电流检测和反馈方法。 [0072] 可配置一台计算机，比如一台通用计算机，来实施所述方法。特别地，可以配置一台计算机用于控制死区时间间隔的缩小和/或在调谐过程中监控电流测量值。根据一个实施例，该计算机包括处理器、存储器和显示器。该计算机也可包括一个或多个输入装置和/或通信适配器，以用于将计算机连接到其它计算机或网络。根据一个实施例，在功率变换器内采用处理器，比如电机控制微处理器，来控制死区时间减少以及控制调谐过程。 [0073] 可采用一个算法选择和/或优化逆变器的一相和/或多相的死区时间值。该算法可包括“击穿死区时间”(tg)的确定，在此时间内检测非零击穿电流，并考虑到实际应用中的一些因素比如温度变化和组件老化，从而为逆变器的一相或多相提供改进的死区时间(ts)。 [0074] 在运行中，可采用一个计算机或处理器执行计算机可执行指令来实施本文所述的部分或全部方法。这些计算机可执行指令被存储在计算机或处理器存储器中，处理结果可通过显示器显示给用户。 [0075] 可提供一种计算机可读媒介，比如一个存储有计算机可执行指令并能使计算机实施本文所述的部分或全部方法的载体盘或载体信号。 [0076] 术语“开关事件”在这里作为一个通用术语，用来描述示例实施例中的IGBT发射极开关的接通或关断事件。然而，该术语可适用于逆变器或其它功率变换器中任何其他类型开关的导通和关断。另外，另一个适合的术语“逻辑脉冲”可以用来替代术语“开关事件”。 [0077] 所有相关的术语比如“上”和“下”仅仅是示例目的，而不能被认为是限定条件。 [0078] 本发明仅仅通过例子描述了特定的电路和实施例。应该明白的是，还可以有不同的衍生方案。例如，所描述的方法可以应用在更简单的、只采用一个分流器的反馈电路和/或更简单的模拟电路中。 |
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