技术领域
[0001] 本
发明属于
电子电路设计技术领域，尤其涉及一种三电平逆变器及其驱动控制方法、系统。
背景技术
[0002] 多电平逆变器广泛应用于中高压大功率场合，其建立在三电平逆变器
基础上，按照类似三电平逆变器的结构拓扑而成。如图1示出了一种
二极管中点钳位型三电平逆变器的电路。
[0003] 该三电平逆变器包括分压电容C1、分压定容C2、作为
开关管的N型金
氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)Q1、作为开关管的N型金氧半场效晶体管Q2、作为开关管的N型金氧半场效晶体管Q3、作为开关管的N型金氧半场效晶体管Q4、
钳位二极管D5、钳位二极管D6、与开关管Q1反并联的
续流二极管D1、与开关管Q2反并联的续流二极管D2、与开关管Q3反并联的续流二极管D3、与开关管Q4反并联的续流二极管D4、滤波电感L和滤波电容C3。其中，分压电容C1和分压电容C2
串联在电源Vin两端；N型金氧半场效晶体管Q1的源极连接N型金氧半场效晶体管Q2的漏极，N型金氧半场效晶体管Q2的源极连接N型金氧半场效晶体管Q3的漏极，N型金氧半场效晶体管Q3的源极连接N型金氧半场效晶体管Q4的漏极，N型金氧半场效晶体管Q1的漏极连接电源Vin的正极，N型金氧半场效晶体管Q4的源极连接电源Vin的负极；N型金氧半场效晶体管Q1的源极连接二极管D5的
阴极，二极管D5的
阳极连接二极管D6的阴极，二极管D6的阳极连接N型金氧半场效晶体管Q3的源极；二极管D5的阳极同时连接电容C1的与电容C2连接的一端，并顺次通过滤波电容C3和滤波电感L连接N型金氧半场效晶体管Q2源极。利用不同的脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)
信号分别驱动N型金氧半场效晶体管Q1的栅极、N型金氧半场效晶体管Q2的栅极、N型金氧半场效晶体管Q3的栅极以及N型金氧半场效晶体管Q4的栅极，从而实现该三电平逆变器的逆变过程。
[0004]
现有技术提供的三电平逆变器的驱动控制方法包括以下步骤：生成第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2并输出，第一驱动信号PWM1与第二驱动信号PWM2互补且间隔有死区时间Td，死区时间Td是为了避免三电平逆变器的桥臂
短路而出现器件损坏；生成过零切换信号EN并输出；根据输出的过零切换信号EN、第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2生成开关管Q1的驱动信号Q1PWM、开关管Q2的驱动信号Q2PWM、开关管Q3的驱动信号Q3PWM以及开关管Q4的驱动信号Q4PWM，且满足：当过零切换信号EN＝0时，驱动信号Q1PWM＝PWM1，驱动信号Q2PWM＝1，驱动信号Q3PWM＝PWM2，驱动信号Q4PWM＝0；当过零切换信号EN＝1时，驱动信号Q1PWM＝0，驱动信号Q2PWM＝PWM2，驱动信号Q3PWM＝1，驱动信号Q4PWM＝PWM1。
[0005] 由于过零切换信号EN与第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2是独立生成的，因此在一个开关周期内，过零切换信号EN的过零时刻可能发生在四个不同的区间：
[0006] 区间1，过零切换信号EN的过零时刻发生在第一驱动信号PWM1到第二驱动信号PWM2的死区时间Td内，如图2所示。此时，驱动信号Q2PWM、驱动信号Q3PWM以及驱动信号Q4PWM可能出现同时导通的情况，造成桥臂的短路。
[0007] 区间2，过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时，如图3所示。此时，死区时间获得保证，不会出现桥臂短路的现象。
[0008] 区间3，过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2到第一驱动信号PWM1的死区时间Td内，如图4所示。此时，驱动信号Q1PWM、驱动信号Q2PWM以及驱动信号Q3PWM可能出现同时导通的情况，造成桥臂的短路。
[0009] 区间4，过零切换信号EN的过零时刻发生在第一驱动信号PWM1为高电平时，如图5所示。此时，驱动信号Q1PWM、驱动信号Q2PWM、驱动信号Q3PWM以及驱动信号Q4PWM可能出现同时导通的情况，造成桥臂的短路。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于提供一种三电平逆变器的驱动控制方法，旨在解决现有技术提供的三电平逆变器的驱动控制方法中，由于过零切换信号EN与第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2独立生成，无法保证死区时间，可能造成桥臂短路的问题。
[0011] 本发明是这样实现的，一种三电平逆变器的驱动控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0012] 生成第一驱动信号和第二驱动信号并发送，生成过零切换信号并发送；
[0013] 接收所述第一驱动信号、第二驱动信号及过零切换信号，当识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为高电平时，生成修正的过零切换信号，所述修正的过零切换信号的过零时刻同所述过零切换信号的过零时刻；当识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为低电平时，生成修正的过零切换信号，所述修正的过零切换信号的过零时刻延时到所述第二驱动信号翻转为高电平时；
[0014] 根据所述修正的过零切换信号及第一驱动信号、第二驱动信号生成驱动三电平逆变器的第一开关管的驱动信号，驱动三电平逆变器的第二开关管的驱动信号、驱动三电平逆变器的第三开关管的驱动信号以及驱动三电平逆变器的第四开关管的驱动信号后输出。
[0015] 本发明
实施例的另一目的在于，还提供了一种三电平逆变器的驱动控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0016] 生成第一驱动信号和第二驱动信号并发送；
[0017] 生成过零切换信号，并当识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为高电平时发送所述过零切换信号，当识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为低电平时则延时到所述第二驱动信号翻转为高电平时发送所述过零切换信号；
[0018] 接收所述过零切换信号、第一驱动信号及第二驱动信号，并根据接收到的所述过零切换信号、第一驱动信号及第二驱动信号生成驱动三电平逆变器的第一开关管的驱动信号，驱动三电平逆变器的第二开关管的驱动信号、驱动三电平逆变器的第三开关管的驱动信号以及驱动三电平逆变器的第四开关管的驱动信号后输出。
[0019] 本发明实施例的另一目的在于，还提供了一种三电平逆变器的驱动控制系统，分别与所述三电平逆变器的第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管连接，所述系统包括：
[0020] 第一生成模
块，用于生成第一驱动信号和第二驱动信号；
[0021] 第一发送模块，用于发送所述第一生成模块生成的所述第一驱动信号和第二驱动信号；
[0022] 第二生成模块，用于生成过零切换信号；
[0023] 第二发送模块，用于发送所述第二生成模块生成的过零切换信号；
[0024] 第一接收模块，用于接收所述第一发送模块发送的所述第一驱动信号和第二驱动信号，以及所述第二发送模块发送的所述过零切换信号；
[0025] 第一识别模块，用于识别所述第一接收模块接收到的所述过零切换信号的过零时刻是否发生在所述第二驱动信号为高电平时；
[0026] 第三生成模块，用于当所述第一识别模块识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为高电平时，生成修正的过零切换信号，所述修正的过零切换信号的过零时刻同所述过零切换信号的过零时刻；当所述第一识别模块识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为低电平时，生成修正的过零切换信号，所述修正的过零切换信号的过零时刻延时到所述第二驱动信号翻转为高电平时；
[0027] 第四生成模块，用于根据所述第三生成模块生成的所述修正的过零切换信号及所述第一接收模块接收的所述第一驱动信号、第二驱动信号生成驱动所述第一开关管的驱动信号，驱动所述第二开关管的驱动信号、驱动所述第三开关管的驱动信号以及驱动所述第四开关管的驱动信号；
[0028] 第一输出模块，用于向三电平逆变器输出所述第四生成模块生成的驱动所述第一开关管的驱动信号，驱动所述第二开关管的驱动信号、驱动所述第三开关管的驱动信号以及驱动所述第四开关管的驱动信号。
[0029] 本发明实施例的另一目的在于，还提供了一种三电平逆变器，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，以及一三电平逆变器的驱动控制系统，所述三电平逆变器的驱动控制系统是如上所述的三电平逆变器的驱动控制系统。
[0030] 本发明实施例的另一目的在于，还提供了一种三电平逆变器的驱动控制系统，分别与所述三电平逆变器的第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管连接，所述系统包括：
[0031] 第五生成模块，用于生成第一驱动信号和第二驱动信号；
[0032] 第三发送模块，用于发送所述第五生成模块生成的所述第一驱动信号和所述第二驱动信号；
[0033] 第六生成模块，用于生成过零切换信号；
[0034] 第二识别模块，用于识别所述第六生成模块生成的所述过零切换信号的过零时刻是否发生在所述第五生成模块生成的所述第二驱动信号为高电平时；
[0035] 第四发送模块，用于当所述第二识别模块识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为高电平时发送所述过零切换信号；当所述第二识别模块识别所述过零切换信号的过零时刻发生在所述第二驱动信号为低电平时则延时到所述第二驱动信号翻转为高电平时发送所述过零切换信号；
[0036] 第二接收模块，用于接收所述第四发送模块发送的所述过零切换信号，以及所述第三发送模块发送的所述第一驱动信号和第二驱动信号；
[0037] 第七生成模块，用于根据所述第二接收模块接收到的所述过零切换信号、第一驱动信号及第二驱动信号生成驱动所述第一开关管的驱动信号，驱动所述第二开关管的驱动信号、驱动所述第三开关管的驱动信号以及驱动所述第四开关管的驱动信号；
[0038] 第二输出模块，用于向三电平逆变器输出所述第七生成模块生成的驱动所述第一开关管的驱动信号，驱动所述第二开关管的驱动信号、驱动所述第三开关管的驱动信号以及驱动所述第四开关管的驱动信号。
[0039] 本发明实施例的另一目的在于，还提供了一种三电平逆变器，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，以及一三电平逆变器的驱动控制系统，所述三电平逆变器的驱动控制系统是如上所述的三电平逆变器的驱动控制系统。
[0040] 本发明第一实施例及第二实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法通过调整过零切换信号的过零时刻，使得过零切换信号的过零时刻均发生在第二驱动信号为高电平时，从而保证了死区时间，避免了可能存在的桥臂短路问题。
附图说明
[0041] 图1是现有技术提供的二极管中点钳位型三电平逆变器的一种典型电路图；
[0042] 图2是现有技术中，过零切换信号EN的过零时刻发生在区间1时各信号的
波形关系图；
[0043] 图3是现有技术中，过零切换信号EN的过零时刻发生在区间2时各信号的波形关系图；
[0044] 图4是现有技术中，过零切换信号EN的过零时刻发生在区间3时各信号的波形关系图；
[0045] 图5是现有技术中，过零切换信号EN的过零时刻发生在区间4时各信号的波形关系图；
[0046] 图6是本发明第一实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法的
流程图；
[0047] 图7是本发明第一实施例提供的三电平逆变器的驱动控制系统的结构图；
[0048] 图8是本发明第二实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法的流程图；
[0049] 图9是本发明第二实施例提供的三电平逆变器的驱动控制系统的结构图。
具体实施方式
[0050] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0051] 由于当过零切换信号EN的过零时刻发生在区间2，即：过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时，死区时间可获得保证，不致出现桥臂短路的现象，基于此，本发明实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法通过调整过零切换信号EN的过零时刻，使得过零切换信号EN的过零时刻均发生在第二驱动信号PWM2为高电平时。
[0052] 实施例一
[0053] 图6示出了本发明第一实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法的流程。
[0054] 在步骤S101中，生成第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2并发送，生成过零切换信号EN并发送。
[0055] 在步骤S102中，接收第一驱动信号PWM1、第二驱动信号PWM2及过零切换信号EN，当识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时，生成修正的过零切换信号EN’，该修正的过零切换信号EN’的过零时刻同过零切换信号EN的过零时刻；当识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为低电平时，生成修正的过零切换信号EN’，该修正的过零切换信号EN’的过零时刻延时到第二驱动信号PWM2翻转为高电平时。
[0056] 在步骤S103中，根据修正的过零切换信号EN’及第一驱动信号PWM1、第二驱动信号PWM2生成驱动第一开关管的驱动信号Q1PWM，驱动第二开关管的驱动信号Q2PWM、驱动第三开关管的驱动信号Q3PWM以及驱动第四开关管的驱动信号Q4PWM后输出。
[0057] 本发明实施例中，第一驱动信号PWM1与第二驱动信号PWM2为互补的
脉宽调制信号且间隔有死区时间Td；第一驱动信号PWM1、第二驱动信号PWM2、修正的过零切换信号EN’、驱动第一开关管的驱动信号Q1PWM，驱动第二开关管的驱动信号Q2PWM、驱动第三开关管的驱动信号Q3PWM、驱动第四开关管的驱动信号Q4PWM满足：当修正的过零切换信号EN’＝0时，驱动信号Q1PWM＝PWM1，驱动信号Q2PWM＝1，驱动信号Q3PWM＝PWM2，驱动信号Q4PWM＝0；当修正的过零切换信号EN’＝1时，驱动信号Q1PWM＝0，驱动信号Q2PWM＝PWM2，驱动信号Q3PWM＝1，驱动信号Q4PWM＝PWM1。
[0058] 与现有技术不同，本发明第一实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法在接收第一驱动信号PWM1、第二驱动信号PWM2及过零切换信号EN后，并不立即生成开关管的驱动信号，而是在识别过零切换信号EN的过零时刻后生成修正后的过零切换信号EN’，当过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时，修正后的过零切换信号EN’同过零切换信号EN；当过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为低电平时，修正后的过零切换信号EN’的过零时刻延时到第二驱动信号PWM2翻转为高电平时，根据修正后的过零切换信号EN’及第一驱动信号PWM1、第二驱动信号PWM2生成驱动信号并输出，从而保证了死区时间，避免了可能存在的桥臂短路问题。
[0059] 图7示出了本发明第一实施例提供的三电平逆变器的驱动控制系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明第一实施例相关的部分。
[0060] 本发明第一实施例提供的三电平逆变器的驱动控制系统包括：第一生成模块11，用于生成第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2；第一发送模块12，用于发送第一生成模块11生成的第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2；第二生成模块13，用于生成过零切换信号EN；第二发送模块14，用于发送第二生成模块13生成的过零切换信号EN；第一接收模块15，用于接收第一发送模块12发送的第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2，以及第二发送模块14发送的过零切换信号EN；第一识别模块16，用于识别第一接收模块15接收到的过零切换信号EN的过零时刻是否发生在第二驱动信号PWM2为高电平时；第三生成模块17，用于当第一识别模块16识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时，生成修正的过零切换信号EN’，该修正的过零切换信号EN’的过零时刻同过零切换信号EN的过零时刻，当第一识别模块16识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为低电平时，生成修正的过零切换信号EN’，该修正的过零切换信号EN’的过零时刻延时到第二驱动信号PWM2翻转为高电平时；第四生成模块18，用于根据修正的过零切换信号EN’及第一接收模块15接收到的第一驱动信号PWM1、第二驱动信号PWM2生成驱动第一开关管的驱动信号Q1PWM，驱动第二开关管的驱动信号Q2PWM、驱动第三开关管的驱动信号Q3PWM以及驱动第四开关管的驱动信号Q4PWM；第一输出模块19，用于向三电平逆变器输出第四生成模块18生成的驱动第一开关管的驱动信号Q1PWM，驱动第二开关管的驱动信号Q2PWM、驱动第三开关管的驱动信号Q3PWM以及驱动第四开关管的驱动信号Q4PWM。
[0061] 本发明第一实施例中，第一生成模块11、第一发送模块12、第二生成模块13、以及第二发送模块14可以集成于一
控制器中；第一接收模块15、第一识别模块16、第三生成模块17、第四生成模块18以及第一输出模块19可以集成于另一控制器中。
[0062] 本发明还提供了一种三电平逆变器，包括了一如上本发明第一实施例所述的三电平逆变器的驱动控制系统，其组成部分、各部分的功能如上所述，在此不再赘述。
[0063] 实施例二
[0064] 图8示出了本发明第二实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法的流程。
[0065] 在步骤S201中，生成第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2并发送。
[0066] 在步骤S202中，生成过零切换信号EN，当识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时发送该过零切换信号EN，当识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为低电平时则延时到第二驱动信号翻转为高电平时发送该过零切换信号EN。
[0067] 在步骤S203中，接收过零切换信号EN、第一驱动信号PWM1及第二驱动信号PWM2，并根据接收到的过零切换信号EN、第一驱动信号PWM1及第二驱动信号PWM2生成驱动第一开关管的驱动信号Q1PWM，驱动第二开关管的驱动信号Q2PWM、驱动第三开关管的驱动信号Q3PWM以及驱动第四开关管的驱动信号Q4PWM后输出。
[0068] 与本发明第一实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法不同，本发明第二实施例是在发送过零切换信号EN前，先对过零切换信号EN的过零时刻进行识别，当识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时发送过零切换信号EN，当识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为低电平时则延时到第二驱动信号PWM2翻转为高电平时发送过零切换信号EN，同样保证了死区时间，避免了可能存在的桥臂短路问题。
[0069] 图9示出了本发明第二实施例提供的三电平逆变器的驱动控制系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明第二实施例相关的部分。
[0070] 本发明第二实施例提供的三电平逆变器的驱动控制系统包括：第五生成模块21，用于生成第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2；第三发送模块22，用于发送第五生成模块21生成的第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2；第六生成模块23，用于生成过零切换信号EN；第二识别模块24，用于识别第六生成模块23生成的过零切换信号EN的过零时刻是否发生在第五生成模块21生成的第二驱动信号PWM2为高电平时；第四发送模块25，用于当第二识别模块24识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为高电平时发送该过零切换信号EN，当第二识别模块24识别过零切换信号EN的过零时刻发生在第二驱动信号PWM2为低电平时则延时到第二驱动信号PWM2翻转为高电平时发送该过零切换信号EN；第二接收模块26，用于接收第四发送模块25发送的过零切换信号EN，以及第三发送模块22发送的第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2；第七生成模块27，用于根据第二接收模块25接收到的过零切换信号EN、第一驱动信号PWM1及第二驱动信号PWM2生成驱动第一开关管的驱动信号Q1PWM，驱动第二开关管的驱动信号Q2PWM、驱动第三开关管的驱动信号Q3PWM以及驱动第四开关管的驱动信号Q4PWM；第二输出模块28，用于向三电平逆变器输出第七生成模块27生成的驱动第一开关管的驱动信号Q1PWM，驱动第二开关管的驱动信号Q2PWM、驱动第三开关管的驱动信号Q3PWM以及驱动第四开关管的驱动信号Q4PWM。
[0071] 本发明第二实施例中，第五生成模块21、第三发送模块22、第六生成模块23、第二识别模块24、第四发送模块25可以集成于一控制器中；第二接收模块26、第七生成模块27、第二输出模块28可以集成于另一控制器中。
[0072] 本发明还提供了一种三电平逆变器，包括了一如上本发明第二实施例所述的三电平逆变器的驱动控制系统，其组成部分、各部分的功能如上所述，在此不再赘述。
[0073] 本发明第一实施例及第二实施例提供的三电平逆变器的驱动控制方法通过调整过零切换信号EN的过零时刻，使得过零切换信号EN的过零时刻均发生在第二驱动信号PWM2为高电平时，从而保证了死区时间，避免了可能存在的桥臂短路问题。
[0074] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
