CN114583658A - 一种t型三电平逆变器的过流保护装置及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子电路技术领域，公开了一种T型三电平逆变器的过流保护电路和保护方法，包括T型三电平逆变电路，过流保护电路和开关管驱动单元；T型三电平逆变电路的输出端连接过流保护电路，过流保护电路连接开关管驱动单元，开关管驱动单元连接T型三电平逆变电路的横管和竖管；其特征在于，过流保护单元包括延迟单元，延迟单元用于将过流信号进行延迟处理后输出过流延迟信号，过流保护电路通过过流信号和过流延迟信号分别控制横管和竖管的关断。本发明在T型三电平逆变器发生过流保护时电流先从竖管换流到横管，经过一定延迟后电流再从横管换流到另一竖管的开关管，有效降低了逆变开关管的VDS电压应力，避免了器件失效损坏。

Description

一种T型三电平逆变器的过流保护装置及保护方法
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种T型三电平逆变器的过流保护装置和保护方法。
背景技术
T型三电平电路具有控制简单、可靠性高、易于器件选型等优点，是目前三相光伏逆变器的常用电路。
目前市面上大部分T型三电平逆变器产品在发生AC侧过流保护时均采用同时关断所有开关管的过流保护方式。T型三电平电路若同时关闭逆变器所有开关管，AC侧大电流从竖管开关管换流到另一竖管开关管的反并二极管，从母线抽电流，这容易造成开关管的VDS电压尖峰并超过其VDS最大耐受电压应力，从而导致其失效。
发明内容
本发明目的在于提供一种T型三电平逆变器的过流保护装置和保护方法,以解决T型三电平电路若同时关闭逆变器所有开关管时容易造成开关管的VDS电压尖峰并超过其VDS最大耐受电压应力，从而导致其失效的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种T型三电平逆变器的过流保护装置和保护方法的具体技术方案如下：
一种T型三电平逆变器的过流保护装置，包括T型三电平逆变电路，过流保护电路和开关管驱动单元；所述T型三电平逆变电路的输出端连接过流保护电路，所述过流保护电路连接开关管驱动单元，所述开关管驱动单元连接T型三电平逆变电路的横管和竖管；所述过流保护电路包括延迟单元，所述延迟单元用于将过流信号进行延迟处理后输出过流延迟信号，过流保护电路通过过流信号和过流延迟信号分别控制横管和竖管的关断。
进一步的，所述过流保护单元包括AC侧电流检测单元，过流判断单元，延迟单元和DSP单元；所述T型三电平逆变电路的输出端连接AC侧电流检测单元，所述AC侧电流检测单元连接过流判断单元，所述过流判断单元连接延迟单元和DSP单元的IO1端口，所述延迟单元连接DSP单元的IO2端口；所述DSP单元连接开关管驱动单元；
所述AC侧电流检测单元用于实时检测T型三电平逆变电路的AC侧电流；所述过流判断单元用于判断T型三电平逆变电路是否发生过流并输出过流信号；
所述延迟单元用于将过流信号进行延迟处理后输出过流延迟信号；
所述DSP单元用于接收过流信号和过流延迟信号并根据信号发送相应的指令到开关管驱动单元；
所述开关管驱动单元根据DSP单元的指令分别对T型三电平逆变器的竖管和横管进行关断控制。
进一步的，所述延迟单元由二个电阻、一个电容和一个二极管构成，过流信号输出端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端、电容C1的一端和过流延迟信号输出端，电阻R2的另一端连接电源VCC，电容C1的另一端接地。
进一步的，延迟单元延迟时间的大小由R1和C1组成的RC延迟环节决定。
进一步的，所述过流判断单元由电阻R3-R7和比较器U1、U2组成，I_AC_Sample为AC侧电流检测单元的电流采样信号，ref+和ref-分别是过流判断上限和下限，由VCC经电阻R3、R4、R5、R6分压获得，当电流采样信号小于下限或大于上限就会触发比较器U1、U2翻转导致TZ1信号被拉至低电平。
本发明还公开了一种T型三电平逆变器过流保护方法，包括如下步骤：
步骤1：配置DSP：配置DSP单元的IO1和IO2，IO1和IO2为任意两个可配置TZ功能的DSP IO，将IO1配置为TZ功能，其对应T型三电平逆变电路的所有竖管PWM信号，将IO2配置为TZ功能，其对应T型三电平逆变电路的所有横管PWM信号；
步骤2：AC侧电流检测单元实时检测T型三电平逆变电路的AC侧电流；
步骤3：过流判断单元判断T型三电平逆变电路是否发生过流，若产生过流信号TZ1则输出过流信号TZ1并进入步骤4；
步骤4：延迟单元将过流信号TZ1进行延迟处理后输出过流延迟信号TZ2；
步骤5：DSP单元接收过流信号TZ1和过流延迟信号TZ2并根据信号发送相应的指令到开关管驱动单元；
步骤6：开关管驱动单元根据DSP单元的指令分别对T型三电平逆变器的竖管和横管进行关断控制。
进一步地，当IO1接收到TZ1低电平信号，将T型三电平逆变电路的所有竖管PWM信号置低，并锁死状态；当IO2接收到TZ2低电平信号，将T型三电平逆变电路的所有横管PWM信号置低，并锁死状态。
进一步地，若A相竖管Q1A的电流发生过流，过流判断单元输出信号TZ1置低，TZ1信号被DSP单元的IO1功能口接收，DSP单元发送指令给开关管驱动单元，开关管驱动单元立即将其输出的竖管Q1A、Q2A的PWM驱动信号置低，Q3A、Q4A的PWM驱动信号维持原先状态，电流从竖管Q1A换流到横管Q3A、Q4A。
进一步地，当TZ1变为低电平以后，经过延迟单元的一个固定的延迟时间后，TZ2也会被拉到低电平，这时DSP单元接收到TZ2信号变低，DSP单元发送指令给开关管驱动单元，开关管驱动单元立即将其输出的横管Q3A、Q4A的PWM驱动信号置低，电流从横管Q3A、Q4A换流到另一竖管Q2A的反并二极管。
进一步地，当过流保护过程发生以后，DSP单元将其置低的PWM信号锁定，维持低电平，待其检测到异常恢复条件被满足以后再解除对其PWM信号输出的锁定。
本发明的一种T型三电平逆变器的过流保护装置和保护方法具有以下优点：本发明在T型三电平逆变器发生过流保护时电流先从竖管换流到横管，经过一定延迟后电流再从横管换流到另一竖管的开关管，该方法与直接关断全部开关管相比能有效降低逆变开关管的VDS电压应力，避免器件失效损坏。且此电路和方法只需在原有的常用的过流保护电路和方法中增加延迟单元以及对DSP的配置，方法简单、成本低、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的T型三电平逆变器的过流保护装置模块框图；
图2为本发明的延迟单元电路图；
图3为本发明的过流判断单元电路图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种T型三电平逆变器的过流保护装置和保护方法做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的一种T型三电平逆变器的过流保护装置包括T型三电平逆变电路，过流保护电路和开关管驱动单元。T型三电平逆变电路的输出端连接过流保护电路，过流保护电路连接开关管驱动单元，开关管驱动单元连接T型三电平逆变电路的横管和竖管。过流保护电路包括AC侧电流检测单元，过流判断单元，延迟单元和DSP单元。T型三电平逆变电路的输出端连接AC侧电流检测单元，AC侧电流检测单元连接过流判断单元，过流判断单元连接延迟单元和DSP单元的IO1端口，延迟单元连接DSP单元的IO2端口；DSP单元连接开关管驱动单元。AC侧电流检测单元用于实时检测T型三电平逆变电路的AC侧电流；过流判断单元用于判断T型三电平逆变电路是否发生过流并输出过流信号；延迟单元用于将过流信号进行延迟处理后输出过流延迟信号；DSP单元用于接收过流信号和过流延迟信号并根据信号发送相应的指令到开关管驱动单元；开关管驱动单元根据DSP单元的指令分别对T型三电平逆变器的竖管和横管进行关断控制。
在逆变器正常并网运行时，AC侧电流检测单元实时检测AC侧电流，通过过流判断单元判断是否发生过流，若发生过流，过流判断单元输出一低电平信号TZ1到DSP单元的功能口IO1，同时，信号TZ1经过延迟单元生成低电平信号TZ2输出至DSP单元的另一功能口IO2。预先配置DSP，使得当DSP单元的IO1接收到TZ1信号时，发送指令给开关管驱动单元关闭T型三电平逆变电路所有竖管，当DSP单元的IO2接收到TZ2信号，发送指令给开关管驱动单元关闭T型三电平逆变器所有横管。
如图2所示，延迟单元由二个电阻、一个电容和一个二极管构成，TZ1信号输出端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端、电容C1的一端和TZ2信号输出端，电阻R2的另一端连接电源VCC，电容C1的另一端接地。
如图3所示，为过流判断单元的一种形式，由电阻R3-R7和比较器U1、U2组成，I_AC_Sample为AC侧电流检测单元的电流采样信号，ref+和ref-分别是过流判断上限和下限，由VCC经电阻R3、R4、R5、R6分压获得。当电流采样信号小于下限或大于上限就会触发比较器U1、U2翻转导致TZ1信号被拉至低电平。
按照表1预先配置DSP，其中IO1和IO2为任意两个可配置TZ功能的DSP IO，将IO1配置为TZ功能，其对应T型三电平逆变电路的所有竖管PWM信号，将IO2配置为TZ功能，其对应T型三电平逆变电路的所有横管PWM信号，当IO1接收到TZ1低电平信号，将T型三电平逆变电路的所有竖管PWM信号置低，并锁死状态。当IO2接收到TZ2低电平信号，将T型三电平逆变电路的所有横管PWM信号置低，并锁死状态。
表1 ：DSP配置方式
配置功能 配置对应PWM信号
IO1 TZ-置低 PWMQ1A PWMQ2A PWMQ1B PWMQ2B PWMQ1C PWMQ2C
IO2 TZ-置低 PWMQ3A PWMQ4A PWMQ3B PWMQ4B PWMQ3C PWMQ4C
以A相为例，假设T型三电平逆变电路正工作在并网状态， A相竖管Q1A的电流发生过流，于是过流判断单元输出信号TZ1置低，TZ1信号被DSP单元的IO1功能口接收，DSP单元发送指令给开关管驱动单元，开关管驱动单元立即将其输出的竖管Q1A、Q2A的PWM驱动信号置低，Q3A、Q4A的PWM驱动信号维持原先状态，电流从竖管Q1A换流到横管Q3A、Q4A。
当TZ1变为低电平以后，经过延迟单元的一个固定的延迟时间后，TZ2也会被拉到低电平，该固定延迟时间的大小由R1和C1组成的RC延迟环节决定。这时DSP单元接收到TZ2信号变低，DSP单元发送指令给开关管驱动单元，开关管驱动单元立即将其输出的横管Q3A、Q4A的PWM驱动信号置低，电流从横管Q3A、Q4A换流到另一竖管Q2A的反并二极管。
当上述过流保护过程发生以后，DSP单元会将其置低的PWM信号锁定，维持低电平，待其检测到异常恢复条件被满足以后再解除对其PWM信号输出的锁定，该异常解除条件由T型三电平逆变电路的具体情况而定。
当逆变器未发生过流异常时，过流判断单元中比较器的输出端为高阻态，TZ1信号被上拉电阻拉到高电平，同时延迟电路的输出信号TZ2也被上拉电阻R2拉到高电平，DSP单元的TZ不会被触发，DSP单元根据T型三电平逆变电路工作状态正常进行其PWM驱动信号的控制。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种T型三电平逆变器的过流保护装置，包括T型三电平逆变电路，过流保护电路和开关管驱动单元；所述T型三电平逆变电路的输出端连接过流保护电路，所述过流保护电路连接开关管驱动单元，所述开关管驱动单元连接T型三电平逆变电路的横管和竖管；其特征在于，所述过流保护电路包括延迟单元，所述延迟单元用于将过流信号进行延迟处理后输出过流延迟信号，过流保护电路通过过流信号和过流延迟信号分别控制横管和竖管的关断。
2.根据权利要求1所述的T型三电平逆变器的过流保护装置，其特征在于，所述过流保护单元包括AC侧电流检测单元，过流判断单元，延迟单元和DSP单元；所述T型三电平逆变电路的输出端连接AC侧电流检测单元，所述AC侧电流检测单元连接过流判断单元，所述过流判断单元连接延迟单元和DSP单元的IO1端口，所述延迟单元连接DSP单元的IO2端口；所述DSP单元连接开关管驱动单元；
所述AC侧电流检测单元用于实时检测T型三电平逆变电路的AC侧电流；所述过流判断单元用于判断T型三电平逆变电路是否发生过流并输出过流信号；
所述延迟单元用于将过流信号进行延迟处理后输出过流延迟信号；
所述DSP单元用于接收过流信号和过流延迟信号并根据信号发送相应的指令到开关管驱动单元；
所述开关管驱动单元根据DSP单元的指令分别对T型三电平逆变器的竖管和横管进行关断控制。
3.根据权利要求2所述的T型三电平逆变器的过流保护装置，其特征在于，所述延迟单元由二个电阻、一个电容和一个二极管构成，过流信号输出端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端、电容C1的一端和过流延迟信号输出端，电阻R2的另一端连接电源VCC，电容C1的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的T型三电平逆变器的过流保护装置，其特征在于，延迟单元延迟时间的大小由R1和C1组成的RC延迟环节决定。
5.根据权利要求2所述的T型三电平逆变器的过流保护装置，其特征在于，所述过流判断单元由电阻R3-R7和比较器U1、U2组成，I_AC_Sample为AC侧电流检测单元的电流采样信号，ref+和ref-分别是过流判断上限和下限，由VCC经电阻R3、R4、R5、R6分压获得，当电流采样信号小于下限或大于上限就会触发比较器U1、U2翻转导致TZ1信号被拉至低电平。
6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的T型三电平逆变器的过流保护装置进行T型三电平逆变器过流保护的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：配置DSP：配置DSP单元的IO1和IO2，IO1和IO2为任意两个可配置TZ功能的DSPIO，将IO1配置为TZ功能，其对应T型三电平逆变电路的所有竖管PWM信号，将IO2配置为TZ功能，其对应T型三电平逆变电路的所有横管PWM信号；
步骤2：AC侧电流检测单元实时检测T型三电平逆变电路的AC侧电流；
步骤3：过流判断单元判断T型三电平逆变电路是否发生过流，若产生过流信号TZ1则输出过流信号TZ1并进入步骤4；
步骤4：延迟单元将过流信号TZ1进行延迟处理后输出过流延迟信号TZ2；
步骤5：DSP单元接收过流信号TZ1和过流延迟信号TZ2并根据信号发送相应的指令到开关管驱动单元；
步骤6：开关管驱动单元根据DSP单元的指令分别对T型三电平逆变器的竖管和横管进行关断控制。
7.根据权利要求6所述的T型三电平逆变器的过流保护方法，其特征在于，当IO1接收到TZ1低电平信号，将T型三电平逆变电路的所有竖管PWM信号置低，并锁死状态；当IO2接收到TZ2低电平信号，将T型三电平逆变电路的所有横管PWM信号置低，并锁死状态。
8.根据权利要求6所述的T型三电平逆变器的过流保护方法，其特征在于，若A相竖管Q1A的电流发生过流，过流判断单元输出信号TZ1置低，TZ1信号被DSP单元的IO1功能口接收，DSP单元发送指令给开关管驱动单元，开关管驱动单元立即将其输出的竖管Q1A、Q2A的PWM驱动信号置低，Q3A、Q4A的PWM驱动信号维持原先状态，电流从竖管Q1A换流到横管Q3A、Q4A。
9.根据权利要求8所述的T型三电平逆变器的过流保护方法，其特征在于，当TZ1变为低电平以后，经过延迟单元的一个固定的延迟时间后，TZ2也会被拉到低电平，这时DSP单元接收到TZ2信号变低，DSP单元发送指令给开关管驱动单元，开关管驱动单元立即将其输出的横管Q3A、Q4A的PWM驱动信号置低，电流从横管Q3A、Q4A换流到另一竖管Q2A的反并二极管。
10.根据权利要求9所述的T型三电平逆变器的过流保护方法，其特征在于，当过流保护过程发生以后，DSP单元将其置低的PWM信号锁定，维持低电平，待其检测到异常恢复条件被满足以后再解除对其PWM信号输出的锁定。
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