CN1957521A - 用逆变桥控制器实现短路保护方案 - Google Patents

Abstract

用于驱动感性负载的三相多电平逆变桥的短路恢复的故障处理***，该***在命令饱和的开关断开之前，等待开关去饱和，或等待基于饱和的开关损坏前一定时间的延迟时间结束，且该***在三相输出两端人为产生完全短路，以迫使传导故障电流的开关去饱和。在故障过程中，通过延迟逆变桥的断开，等待去饱和出现，以提高开关寿命的统计可能性。

Description

用逆变桥控制器实现短路保护方案

发明背景

技术领域

【0001】使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)和类似的开关器件的逆变桥的故障处理，诸如与三相交流电机一起使用的逆变桥。

相关技术描述

【0002】逆变桥提供受控的能量以驱动感性负载。逆变桥内的多个开关顺序地开关来改变逆变桥的输出电压。输出一般为三相交流电压。公布于2002年5月10日的PCT出版物WO 02/37654 A2和公布于2004年2月19日的WO 2004/015851 A2对逆变桥的拓扑结构、顺序开关方案、和电路及执行顺序开关方案的过程的一般背景进行了描述，这里以参考文献形式并入这些申请的内容。示例的三电平逆变桥的拓扑结构图解说明于图1。

【0003】在常规的逆变桥中，故障状况(短路)的特征可分为两类。第一类为类型I故障。类型I故障一般为驱动器内部的故障(例如，IGBT损坏或低电感输出故障)。低阻抗造成通过IGBT的电流(di/dt)增加很大，驱使IGBT去饱和(desaturate)。

【0004】当检测到类型I故障时，顺序地命令逆变桥的开关到断开状态。因为开关没有饱和，电流衰减很慢，不会产生可观的电压尖峰。因此，很容易处理两电平逆变桥的类型I故障，本领域已经有许多已知的处理方法。

【0005】第二类为类型II故障，其一般为逆变桥外部的故障，如电缆短路或电机故障。发生故障的电路的阻抗一般很高，使流过IGBT的电流上升很慢。结果，在类型II故障状况下，IGBT饱和；或当某一IGBT已处于饱和时，会发生类型II故障。

【0006】在类型II故障状况下，当命令处于饱和的IGBT断开时，IGBT可以快速断开。然而，饱和状态下的开关转换引起的电压尖峰可能损坏晶体管。电压尖峰是由于电路的泄露电感乘以负电流di/dt产生的反电动势造成的。在类型II故障中，电流上升到高出IGBT的额定标称电流几倍的水平。

【0007】对逆变桥而言，类型II短路故障是最糟糕的情况，对多电平(三电平或多电平)逆变桥尤为如此，其原因是在故障状况中，故障使IGBT饱和。类型II故障涉及短路通路电感，它引起受限的di/dt电流的增大，使电流上升到IGBT的最大额定电流之上，而不使IGBT进入去饱和状态。

【0008】现有的解决这类问题的方法通常会产生其它问题。例如，给逆变桥增加附加电路以切断送给感性负载的功率，其不用断开IGBT命令，但实际上增加了逆变桥电路的泄漏电感，因此使其它无害的电流变化(switching)di/dt产生有害的电压尖峰。相比较而言，在类型II故障中，如果命令开关断开，故障电流上升到超过IGBT的最大额定电流，则由负电流di/dt产生的电压尖峰极有可能损坏IGBT。

【0009】如图2所示，类型II故障开始时刻(t₁)，电流上升很慢。然而，逆变控制器识别过载情形的时刻(t₂)和短路电流超过最大额定电流的时刻(t₃)之间的时间通常比单个IGBT断开所需要的时间短。因为随着所使用开关的功率处理容量的增大，固有时间延迟增长，故障电流继续上升，在控制器能够动作之前或开关确实执行断开命令而断开之前，进入了开关断开的禁止区域。

【0010】使上升时间进一步变慢的一个方法是人为增大逆变桥输出的电感。然而，这会增加损耗，且当电感本身是造成短路的原因时，该方法不适用。

【0011】一旦故障电流进入开关断开的禁止区域，只有当之后的电流减小到低于IGBT的最大额定电流(I_max)，或当电流超过使IGBT去饱和的所需电流时，才有可能安全断开。然而，在故障状况(t₄)下，一旦IGBT达到去饱和电流水平，在没有造成IGBT热损坏之前，只有很短的时间断开开关。

【0012】到目前为止，在常规设计中，当命令类型II故障中的IGBT断开时，通常故障电流电感会使任一逆变桥面临去饱和的危险。而且，对于常规的逆变桥，即使逆变桥控制器按适当的顺序命令开关断开，由于在开关串联的情况下通常随机出现去饱和，所以还是会出现开关损坏的情况。

发明内容

【0013】本发明为一种新的控制方案，其用于在短路情况下，包括类型II故障，保护逆变桥中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。经历类型II故障的晶体管快速断开。本发明的原理适用于所有厂家生产的所有低压，中压或高压的交流驱动。此外，当逆变桥的开关为其它类型的晶体管，晶体管在故障状况下经历去饱和状态，本发明的原理也同样适用，如双极结型晶体管(BJTs)和场效应晶体管(FETs)。

【0014】三相逆变桥具有三个支路和“L”个母线电压电平(L≥2)。每一支路提供驱动感性负载的三相输出中的一相。图1图解说明了示例的三电平逆变桥，图3，4和5图解说明了两电平，四电平和五电平逆变桥的单个支路。

【0015】L电平之一为最高负(most negative)母线电压，L电平之一为最高正(most positive)母线电压。任一中间的母线电压电平与其它母线电压电平的差值为：

【0016】逆变桥的每一支路包括两个半支路：第一二分之一支路包括连接在最高正母线电压和相应相输出之间的开关，和第二二分之一支路包括连接在最高负母线电压和相应相输出之间的开关。

【0017】在有三电平或多电平的逆变桥的半支路中，指向最高正导轨或最高负导轨的方向为“外面”，反之指向相输出的方向为“里面”。例如，参考图5，开关S₁和S₈为最外面的开关，反之，开关S₄和S₅为最里面的开关。

【0018】本领域公知，无论在正常运行状况还是在故障状况，断开开关时，每半支路的开关必须顺序地从外向内断开。本发明通过增加外面开关去饱和及先断开的可能性，使外面开关易于安全断开。

【0019】本发明第一方面为一种控制逆变桥的方法，每一支路都包括将逆变桥的三相输出中的每一相的瞬时输出电流(I_o)与支路中各开关的开关额定标称电流(I_Nom)和过载电流限值(I_OL)的和相比较。选择过载电流限值I_OL以使I_OL+I_Nom满足I_max＞I_OL+I_Nom≥I_Nom，I_max为支路开关的最大额定电流。如果|I_o|＞I_Nom+I_OL，传导大于I_Nom+I_OL的瞬时输出电流(I_o)的开关被识别，并确保没有传导I_o且处于关闭状态的开关为断开状态。如果支路中在接通状态的开关在没有传导大于I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o的半支路中，该半支路的开关以常规方式顺序地断开。

【0020】也将瞬时电流(I_o)和I_max进行比较。如果I_Nom+I_OL＜|I_o|≤I_max，命令半支路中所有传导I_o并保持在接通状态的开关呈现断开状态，并继续比较|I_o|＞I_max。在最后一个开关被命令到断开状态之后的一段不超过等待时间(t_off)的时间内，继续进行|I_o|＞I_max的比较。将等待时间(t_off)定义为开关的额定断开时间，其等于断开延迟时间和电流下降时间之和。

【0021】如果|I_o|＞I_max，检查保持在接通状态的最外面的开关是否去饱和。如果开关是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或双极结型晶体管(BJT)，检查去饱和的方法是，通过确定开关的集电极-发射极电压(V_ce)是否大于开关的额定饱和集电极-发射极电压(V_ce sat)，其中，如果V_ce≤V_ce sat时，开关没有去饱和，如果V_ce＞V_ce sat则开关去饱和。

【0022】如果开关没有去饱和，保持在接通状态的最外面的开关仍保持接通状态，在最外面的开关和相输出之间的任一开关保持接通状态。如果已经命令最外面的开关和保持在接通状态的最外面的开关和相输出之间的任一开关断开，那么命令那些开关回到接通状态。然后等待周期开始，延迟直到达到去饱和一小段时间和基于保持在接通状态的开关损坏之前的一定时间的延迟时间结束时。延迟时间长短可以预先设定，也可以基于反馈，优选为相当于保持接通状态的最外面的开关的温度达到最大额定温度值的时间。

【0023】如果最外面的晶体管开关去饱和，或当延迟时间结束时，断开保持在接通状态的最外面的开关，然后如果任一开关保持接通状态，则重复进行超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流(I_o)和I_max的比较。

【0024】如果使用基于反馈的延迟时间，且开关为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或双极结型晶体管(BJT)，基于瞬时电流I_o确定保持在接通状态的最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间可根据下式确定：

$\∫(V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}\×|I_o\left|\right)\mathrm{dt}>\frac{V_{\mathrm{ce}\·\max }\×I_{\mathrm{sc}}}{L-1}$

这里V_ce max定义为保持在接通状态的最外面的晶体管开关的最大额定集电极-发射极电压，I_sc定义为每个晶体管开关的最大额定短路电流。

【0025】如果使用预先设定的延迟时间，开关为绝缘栅双极晶体管(IGBT)或双极结型晶体管(BJT)，则保持在接通状态的最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间可确定为大约等于：

$\frac{t_{\mathrm{sc}\·\max }\×V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}}{V_{\mathrm{ce}\·\max }}$

这里t_sc max定义为额定最大短路时间持续值，在这段时间内晶体管开关能承受住V_ce max和I_sc。

【0026】晶体管开关的额定标称电流(I_Nom)、晶体管开关的最大额定电流(I_max)、额定饱和集电极-发射极电压(V_ce sat)、最大额定温度值、每个晶体管开关的最大额定短路电流(I_sc)、和当置于V_ce max和I_sc时晶体管开关能承受的额定最大短路时间持续值(t_sc max)，通常由晶体管开关制造商的说明书确定。

【0027】对本发明第一方面的进一步的变化，当延迟时间结束而没有去饱和，在断开保持在接通状态的最外面的晶体管之前，将相输出并联(shunted)到中点电压电平(如果还未并联)。中点电压电平是最高正母线电压和最高负母线电压之差除以2。

【0028】作为此进一步的变化的一个实施方式，当传导I_o的半支路为第一二分之一支路(最高正母线电压和相输出之间的开关)，将相输出并联到中点电平将并联三相逆变桥的所有三个支路的各第一二分之一支路。当传导I_o的半支路为第二二分之一支路(最高负母线电压和相输出之间的开关)，将相输出并联到中点电平将并联三相逆变桥的所有三个支路的各第二二分之一支路。

【0029】另一个实施方式，将相输出并联到中点电平将并联三相逆变桥的所有三个支路的所有半支路。

【0030】本发明的第二方面为控制三相逆变桥的三相逆变器控制器。对于每一支路，控制器包括至少第一比较电路，第二比较电路，延迟电路和逻辑电路。

【0031】第一比较电路将逆变桥的三相输出的一个相的瞬时输出电流(I_o)与支路中开关的额定标称电流(I_Nom)和过载电流限值(I_OL)之和进行比较。选择过载电流限值I_OL，以使I_OL+I_Nom满足I_max＞I_OL+I_Nom≥I_Nom，其中I_max为支路中开关的最大额定电流。

【0032】如果|I_o|＞I_Nom+I_OL，但如果|I_o|≤I_max，则逻辑电路辨别传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流(I_o)的支路中的开关，确保辨别为没有传导I_o且处于断开状态的开关处在断开状态，且顺序地从外向内命令半支路中的处于接通状态但没有传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流(I_o)的开关断开。

【0033】第二比较电路将瞬时输出电流(I_o)和I_max进行比较。当|I_o|＞I_Nom+I_OL，且|I_o|≤I_max时，逻辑电路顺序地，从外向内，命令保持在接通状态的所有开关呈断开状态。

【0034】当|I_o|＞I_max时，逻辑电路顺序地检查保持在接通状态的最外面的开关是否去饱和。如果没有去饱和，逻辑电路将保持在接通状态的最外面的开关和最外面开关和相输出之间的任一开关保持在接通状态，且如果已经命令最外面开关和保持在接通状态的最外面的开关和相输出之间的任一开关为断开状态，那么命令这些晶体管开关回到接通状态。然后逻辑电路等待，直到达到去饱和一小段时间及延迟电路的延迟时间结束。延迟时间优选为基于保持在接通状态的开关损坏之前的一定时间来设定。

【0035】如果保持在接通状态的最外面的开关是(或变为)去饱和或当所述延迟时间结束时，则逻辑电路断开保持在接通状态的最外面的开关，之后，如果有保持在接通状态的下一个最外面的开关，则检测其是否去饱和。

【0036】本发明第二个方面的一个实施方式，逻辑电路通过检测驱动保持在接通状态的最外面的晶体管开关的驱动器卡上接收到的信号，来检测保持在接通状态的最外面的开关是否去饱和。使用包括饱和监测为其特征的驱动器卡可使该实施方式变得很方便。

【0037】优选设定延迟电路的延迟时间，以使延时时间终止时间对应于保持在接通状态的最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间。

【0038】对本发明所做的第二个变化的一个实施方式，第一比较电路包括第一比较器，而第二比较电路包含第二比较电路。

【0039】本发明的第三个方面为一种保护方法，它能在短路发生时和由于短路电感使至少一个晶体管开关饱和时，保护三相逆变桥的开关。通过将逆变桥三相输出的每一相的输出电流和门限电流电平进行比较来检测短路。在检测到有短路的三相输出中的一相对应的每一支路，确定该支路中处于接通状态的每一开关是否饱和，且如果确定至少一个晶体管开关饱和，将对应于该支路的相并联到中点电压电平。中点电压电平为最高正母线电压和最高负母线电压之间的差值除以2。

【0040】作为本发明第三个方面的实施方式，对每一个确定为饱和的开关，需要确定是哪一个二分之一支路包含各自开关。当确定饱和晶体管开关为逆变桥的第一二分之一支路中的一个时(连接在最高正母线电压和各自的相输出之间的开关)，并联包括半波整流相输出，以使与中点电压电平相比，具有较高正母线电压电平的相输出的那部分通过，并将半波整流相输出连接到中点电压电平。当确定饱和晶体管开关为在逆变桥的第二二分之一支路中的一个时(在最高负母线电压和各自的相输出之间的开关)，并联包括半波整流相输出，以使与中点电压电平相比，具有较高负母线电压电平的相输出的那部分通过，并将半波整流相输出连接到中点电压电平。

【0041】作为本发明第三方面的另一个实施方式，将相输出进行整流和并联以使高于中点电压电平(正)和低于中点电压电平(负)的那部分相输出并联到中点电压电平上。

【0042】本发明的第四个方面为“急剧短路(crowbar)”保护电路，在短路发生时和由于短路电感使至少一个开关饱和时，保护三相逆变桥中的开关。该急剧短路电路包括至少一个开关，可选择地将逆变桥三相输出的每一相并联到中点电压电平。中点电压电平为最高正母线电压和最高负母线电压之间的差值除以2。通过闭合至少一个开关，从而将每一相并联到中点电压，三相逆变桥中饱和的开关变成去饱和。

【0043】如果逆变桥具有奇数个电平(L)，中点电压电平相当于逆变桥“L”个母线电压电平之一。然而，如果“L”为偶数，中点电压电平在逆变桥的“L”个母线电压电平中的两个电平之间。

【0044】作为本发明第四方面的一个实施方式，急剧短路电路位于三相逆变桥外的单独的盒子中，急剧短路电路被配置电连接到逆变桥的三相输出。

【0045】作为本发明第四个方面的进一步的实施方式，急剧短路电路中至少一个开关包括第一开关和第二开关，急剧短路电路进一步包括第一套三个二极管，第一套中的每一二极管的正极(anode)连接到逆变桥三相输出的各自的相输出，第一套三个二极管的负极(cathode)连接到所述第一开关。通过将第一开关闭合，第一开关可选择地将三相输出的第一半波整流部分并联到中点电压电平。急剧短路电路还包括第二套三个二极管，第二套中的每一二极管的负极连接到逆变桥三相输出的各自的相输出，第二套三个二极管的正极连接到所述第二开关。通过闭合第二开关，第二开关可选择地将三相输出的第二半波整流部分并联到中点电压电平。

【0046】第一开关和第二开关可以被配置成共同闭合，使两个半波整流部分都并联到中点电压电平，或者第一开关和第二开关也可以被配置成单独闭合。

【0047】本发明的第五个方面为存储控制器的程序指令集的存储介质，控制器被配置成控制三相逆变桥。当程序指令集被控制器执行时，使控制器根据本发明上述方面中的任一方面控制逆变桥。

【0048】本发明的上述方面减轻了类型I和类型II故障造成的损害。当出现饱和时，通过延时直到保持在接通状态的最外面的晶体管去饱和一小段时间并且延时时间结束时，开关寿命的统计可能性大大提高。一直等待直到濒于破坏时断开开关，如果开关仍饱和，由于-di/dt电压尖峰仍会导致开关破坏，与下面的情况相比，统计开关的寿命得以提高，这种情况为当命令传导过载电流的开关到断开状态之后，允许其穿过(cross into)进入饱和状态，或仍处于饱和状态时，立即命令其到断开状态。与一检测到过载就命令开关断开相比，将延时时间设置得离开关将发生损坏的时间越近，去饱和(desaturation)发生的可能性也越大。

【0049】进一步，将过载电流并联到中点电平，可以给过载电流提供较低的阻抗通路，因此立即使保持在接通状态的最外面的开关去饱和，使逆变桥能快速安全地切断。

附图说明

【0050】图1图解说明了将交流电机作为感性负载的示例的三电平逆变桥。

【0051】图2是在类型II故障中，说明电流对时间变化的电流-时间图。

【0052】图3图解说明了二电平逆变桥的单个支路。

【0053】图4图解说明了四电平逆变桥的单个支路。

【0054】图5图解说明了五电平逆变桥的单个支路。

【0055】图6A，6B，7A，7B，8A和8B图解说明了用于控制逆变桥的示例实施方式的流程图。

【0056】图9，10和11是根据控制逆变桥的另一个示例实施方式的流程图。

【0057】图12图解说明了根据本发明的与驱动器卡相连接的控制器及逆变桥输出传感器的示例实施方式。

【0058】图13图解说明了连接到IGBT的驱动器卡。

【0059】图14图解说明了根据本发明修改的具有输出传感器和“急剧短路”保护电路的逆变桥

【0060】图15和16为用驱动器卡提供的去饱和信号控制逆变桥的控制器的逻辑图。

【0061】图17为用于控制基于输出电流确定去饱和的逆变桥的控制器的逻辑图。

【0062】图18A和18B示例性说明了如何将从驱动器卡来的去饱和故障信号集成到图15，16和17的设计中。

【0063】图19为确定瞬时输出电流极性的逻辑图。

【0064】图20为二电平逆变桥支路，其中点电压电平用于本发明的急剧短路保护电路。

【0065】图21为四电平逆变桥支路，其提供的中点电压电平用于本发明的急剧短路保护电路。

具体实施方式

【0066】在本公开中，在开关转换的上下文中，术语“接通状态”，“传导或导通”和“闭合”是可互换的，同样，术语“断开状态”，“未传导或未导通”和“打开或断开”也是可互换的。

【0067】图6A，6B，7A，7B，8A和8B为说明控制逆变桥的示例实施方式的流程图。这些实施方式集中在逆变桥的单一相输出，三相输出中的每一相都执行类似处理。

【0068】参考图6A，将一相的瞬时输出电流I_o与该支路中各开关的额定标称电流(I_Nom)的一额定标称电流和负载电流限值(I_OL)之和进行比较(步骤601)。I_Nom为无论温度为多少(假如温度在开关的额定范围之内)开关能承受的标称最大电流(100％电流)。相比较而言，I_max是支路中各开关的最大额定电流，其一般为开关能承受且能安全断开的最大连续电流。一般来说，I_max为200％的标称电流，并代表一门限值，当高于此门限值开关没有去饱和时，不允许断开开关。

【0069】I_OL的选择取决于诸如一具体应用中期望故障的灵敏度的种种考虑，但I_OL+I_Nom应该满足I_max＞I_OL+I_Nom≥I_Nom。选择一个大的I_OL，多余的(nuisance)(“虚正”)短路检测的数量减少，在瞬时电流I_o达到I_max之前，成功断开开关的机率降低，这是因为在类型II故障情况下在进入|I_o|＞I_max的区域之前，只有较少的反应和断开开关的时间。相比较而言，选择一个小的I_OL，增加了***对短路的灵敏度，且在达到饱和之前，成功断开开关的机率增加。然而，灵敏度的增加是以由负载的运行波动引起的多余(nuisance)断开为代价的。优选I_OL+I_Nom的值为125％的标称电流。

【0070】如果在检查的支路中I_o没有超过I_OL+I_Nom，则认为该支路没有故障或没有短路。优选为，检查其它的任一支路中是否有故障(步骤602)。如果其它的支路中有一个有故障，原来的支路(the originalbranch)以常规方式顺序断开(步骤604)。如果该方法是以单遍方式周期检查实现的，则一旦该支路断开，或如果没有检测到故障，那个支路的过程结束。如图6B所示，作为可选方式，支路的最初的故障检测处理可以作为一个连续循环执行，连续检查支路的故障状况(由步骤601和603形成的循环)。

【0071】如果检测到故障，(|I_o|＞I_Nom+I_OL)，执行几个步骤以断开不在过载通路中的开关。辨别故障通路中的开关(步骤610)，确保处于断开状态(非传导)的任何开关处于断开状态(步骤611)，并且处于接通状态但没有传导电流I_o的开关以常规方式顺序地从外向内断开(步骤612)。

【0072】如图7A所示，瞬时输出电流I_o也与最大值I_max进行比较(步骤620)。如果超过(cross over)I_Nom+I_OL的瞬时电流I_o没有超过I_max，可以以常规方式顺序断开开关(步骤621)。然而，在通常的运行中为避免开关的偏置电压超过其最大操作电压，必须顺序断开开关。对于IGBT或BJT，最大操作电压为V_ce max。考虑到需要顺序开关，且因为命令断开的开关实际上没有停止传导直到t_off时间(开关的断开延迟时间和电流下降时间之和)过去之后，在顺序断开的过程中必须地不断监测瞬时输出电流以保证在断开中开关电流不超过I_max(步骤621)。一旦命令断开最后一开关，由于命令开关断开和开关实际停止传导电流之间有延迟，所以即使没有检测到I_max电流电平，仍必须监测瞬时输出电流I_o是否超过I_max，直到经过t_off之后(步骤622，623)。

【0073】图7B所示方法可替代图7A所示的过程。尽管常规的顺序开关断开程序可以命令半支路中的外面开关断开，然后在对于外面的开关的t_off到达之前命令半支路中的下一个开关断开，图7B图解说明了断开下一个开关之前完全断开每一开关的一个简单程序。将瞬时输出电流I_o和I_max进行比较(步骤625)。如果I_o还没有达到I_max水平，命令处在接通状态的最外面的开关断开(步骤626)。然后进入一个循环，等待开关完全断开(步骤627)，同时不停地检测以确保I_o没有达到I_max水平(步骤628)。一旦开关完全断开，如果半个支路中仍有保持在接通状态的开关(步骤629)，通过重复处在接通状态的最外面的开关的断开，使断开继续(即，从被断开的上一个开关向内的下一个开关)。

【0074】虽然，图7B的半支路的断开例行程序从概念上比常规的顺序断开简单(图7A中的步骤621)，但在支路完全断开之前可能需要更长的时间。因此，在断开顺序中I_o达到I_max的机率增加。然而，如果断开两电平逆变器，因为在半支路中只有一个开关断开，所以完成图7A和7B所示过程的时间基本相同。

【0075】如图8A所示，如果I_o超过I_max，I_o通路中的一开关已经进入饱和，则开始另一不同的断开例行程序。检查保持在接通状态(传导)的最外面的开关是否去饱和(步骤630)。如果保持在接通状态的最外面的开关去饱和，则断开该开关。断开该开关优选包括命令该开关断开(步骤631)，然后检测该开关是否已经断开(步骤633)，并检测该开关是否不再去饱和(步骤634)。如果命令该开关断开之后，其变得饱和，则命令该开关回到接通状态(步骤640)。否则，一旦该开关断开，检测半支路中的任一开关是否保持在接通(步骤636)。如果开关保持接通，则对下一个保持接通状态的最外面的开关重复该过程，返回步骤620(图7A)或步骤625(图7B)。

【0076】如果在检测完去饱和之后(步骤630)，保持在接通状态的最外面的开关没有去饱和，则处在接通状态的最外面的开关继续接通，或命令其接通，同样，对处在接通状态的最外面的开关和相输出之间的半支路的所有开关都执行此步骤(步骤640)。然后开始等待，一直持续到延迟时间段结束之前稍早些的时间(步骤650)或处在接通状态的最外面的开关去饱和。延迟时间段或长短优选为相当于保持接通状态的最外面的开关的温度达到最大额定温度值的时间。优选地，如果使用预先设定的延迟，且开关为BJT或IGBT，则如图8A所示延迟时间大约等于：

$\frac{t_{\mathrm{sc}\·\max }\×V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}}{V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}}$

这里，V_ce max定义为开关的最大额定集电极-发射极电压，I_sc定义为每一开关的最大额定短路电流，t_sc max定义为额定最大短路时间持续值，即当置于V_ce max和I_sc时，开关能承受的时间。

【0077】相比较而言，如图8B所示，使用基于反馈的延迟(步骤655)，则延迟时间大致为：

$\∫(V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}\×|I_o\left|\right)\mathrm{dt}>\frac{V_{\mathrm{ce}\·\max }\×I_{\mathrm{sc}}}{L-1}$

【0078】基于反馈延迟的一优点是其可能更精确，这是因为电流水平信息是不断地获得并经常更新的。

【0079】从概念上而言，断开饱和的开关之前等待的时间尽可能长会使去饱和发生的可能性增加，因此，只要开关在中间时期或过渡时期不被损坏，从统计学角度可以提高开关的寿命。可以适当使用确定延迟的任一方法，不管是预先设定的方法还是基于反馈的方法。

【0080】作为进一步的改进，如果任一延迟时间(步骤650或655)结束，则相输出并联到中点电压电平(步骤660，661)。并联相输出将类型II故障转化为类型I故障，这迫使开关去饱和。并联相输出进一步提高了逆变桥开关的寿命。

【0081】图9，10和11是控制逆变桥的另一个示例性实施方式的流程图，它们图解说明了包括使用索引变量的图6A，7A和8B所示方法的实施过程。

【0082】参考图9，将一相的瞬时输出电流I_o与支路中各开关的额定标称电流(I_Nom)的一个额定标称电流和过载电流门限值(I_OL)之和进行比较(步骤901)。如果被检查的支路中的I_o没有超过I_OL+I_Nom，检测其它的支路中任一支路是否有故障(步骤902)。如果没有故障，可以结束该程序(如图所示)或从步骤901开始重复该程序。如果其它支路中有一个有故障，以常规方式顺序断开原来的支路(original branch)(步骤904)。

【0083】如果检测到故障，(|I_o|＞I_Nom+I_OL)，确定故障电流的极性，以确定哪个半支路在传导I_o(步骤910)。如果瞬时电流为正，故障存在于正侧半支路，相反，如果瞬时电流为负，故障则存在于负侧半支路。

【0084】如果故障在正侧半支路，将变量“i”设为等于逆变桥的电平数“L”(步骤911)，将变量“p”设为等于2(步骤912)。参考本公开中使用的开关的编号模式，对每一支路，开关1为最接近最高负母线的开关，开关2(L-1)为最接近最高正母线的开关，开关(L-1)到1保持断开(kept off)(步骤913)，对应于最高负母线和相输出之间的半支路中的各开关。

【0085】确定开关“i”是否处于接通状态(步骤914)。如果开关“i”接通，变量“i”递增(步骤915)，检测确定“i”是否已经超过支路中的开关的数量(i＞2(L-I))(步骤916)。如果“i”没有超过支路中的开关的数量，重复从步骤914开始的循环。如果“i”已经超过支路中的开关的数量(步骤916)，或如果正侧半支路的外面开关断开(步骤914)，“i”递减(步骤917)。通过将“i”递减(步骤917)，将“i”的值设定为参考或指向(reference)保持在接通状态的半支路的最外面的开关。

【0086】相比较而言，如果负侧半支路传导故障电流，那么在步骤921中，将“i”的值设定为负侧半支路的最里面开关的参考数(I＝L-1)。在步骤922中将变量“p”设定为等于1。开关L到2(L-1)保持在断开状态(步骤923)，对应于最高正母线和相输出之间的半支路中的各开关。

【0087】确定开关“i”是否处在接通状态(步骤924)。如果开关“i”接通，将变量“i”递减(步骤925)，检查以确定“i”是否等于0(步骤926)。如果“i”不为0，重复从步骤924开始的循环。如果“i”是0(步骤926)，或如果负侧半支路的外面的开关断开(步骤924)，“i”递增(步骤927)。通过将“i”递增(步骤927)，将“i”的值设定为参考保持在接通状态的半支路的最外面的开关。

【0088】尽管未示出，如果确定传导瞬时电流I_o的半支路的最里面的开关为断开(非传导)，该程序结束或重复从步骤901开始的步骤。然而，出现这种情况可能说明传感器故障，包括监测输出电流的电路的故障或监测最里面开关的电路的故障。处理这种情况的一种方法是将“i”设定为指示(indicate)半支路中最外面的开关，然后再执行顺序断开。

【0089】如图10所示，将瞬时输出电流I_o和I_max进行比较(步骤930)。如果越过I_Nom+I_OL的瞬时电流I_o没超过I_max，以常规方式顺序断开开关(步骤931)。然而，因为直到t_off之前命令开关断开但实际并没有停止传导，在顺序断开过程中必须不停地监测瞬时输出电流，以确保在断开过程中不出现开关饱和(步骤931)。一旦命令最后一个开关断开，即便没有检测到I_max电流电平，由于在命令开关断开和开关确实停止传导电流之间有一延迟，所以仍必须监测瞬时输出电流I_o是否超过I_max，直到t_off时间之后(步骤938，939)。

【0090】如图11所示，如果I_o超过I_max，检查保持在接通状态的最外面的开关是否去饱和(步骤940)。如果保持在接通状态的最外面的开关去饱和，断开此开关(步骤941)。

【0091】检查半支路中是否有任何开关保持接通，如果有开关保持接通，对下一个保持接通的最外面的开关重复该过程，返回步骤930(图10)。这通过检查“p”是否等于2(步骤943)实现，如果等于2，将“i”递减(步骤944)并检查以确保“i”不小于正半支路的最里面开关的参考数(步骤945)。如果“p”不等于2，“i”递增(步骤946)并检查以确保“i”不大于负半支路的最里面开关的参考数(步骤947)。

【0092】如果在检查完去饱和之后(步骤940)，保持在接通状态的最外面的开关(SW_i)未被去饱和，将接通状态的最外面的开关保持接通，或命令其接通，同样，在接通状态的最外面的开关和相输出之间的半支路中的所有开关也如此处理(步骤950，951，952)。然后开始等待，一直持续到比延迟时间段结束之前稍早些的时间(步骤953)或处在接通状态的最外面的开关去饱和。延迟时间相当于保持在接通状态的最外面的开关的温度达到最大额定温度值的时间。使用基于反馈的延迟(步骤953)，其中延迟时间长短大致为：

$\∫(V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}\×|I_o\left|\right)\mathrm{dt}>\frac{V_{\mathrm{ce}\·\max }\×I_{\mathrm{sc}}}{L-1}$

【0093】作为进一步的改进，如果延迟时间(步骤953)结束，用急剧短路电路将相输出并联到中点电压电平(步骤960，961)，这将在下文进一步描述。并联相输出就将类型II故障转化为类型I故障，其迫使开关去饱和且近一步提高了逆变桥的寿命。

【0094】图12，13和14进一步图解说明了本发明的示例性实施方式。图12是控制器1202的框图，其与存储介质1201、连接到逆变桥各开关的各种驱动器卡、和监测逆变桥的三相输出的各传感器1203提供的信号一起运行工作。图13是常规驱动器卡的示例图。图14图解说明了包括输出传感器和急剧短路电路的三电平逆变桥。

【0095】控制器可以用模拟和/或数字电路和离散逻辑构建，和/或编入到可编程逻辑装置，可编程逻辑装置诸如数字信号处理器(DSP)、微控制器、微处理器、或根据本文中描述的公开于任一实施方式的方法、程序步骤和结构的复杂可编程逻辑器件(CPLD)。光存储介质1201可包含软件或由控制器1202实现的或在控制器1202上实现的固件，且光存储介质可以在控制器外或在控制器内。本发明进一步的实施方式是存储介质1201包含用于控制器的程序指令集以实现这里公开的任何实施方式的方法、步骤、和/或电路。

【0096】使用了多个驱动器卡。控制器1202还从常规地用于驱动逆变桥的各开关的多个“驱动器卡”(也称为“门卡”)收集关于每个开关的数据。如图13所示，每一驱动器卡包括驱动逆变桥的一个开关的驱动电路。每一驱动电路提供将各自开关驱动到接通状态或断开状态的激励控制信号。作为激励控制信号的例子，如果实施方式使用IGBT作为开关，每一激励控制信号是施加到各自IGBT的门极和发射极之间的电压；如果开关为FET，每一激励控制信号为施加到各自FET的门极和源极之间的电压；以及如果开关是BJT，每一激励控制信号是施加到各自BJT的基极和发射极之间的电流。

【0097】驱动器卡优选为各包括一个监测电路，对处于接通状态的各个开关的电压进行监测，或对流过接通状态的各个开关的电流进行监测。例如，如果实施方式使用IGBT，FET，或BJT作为逆变器开关，每一监测电路优选至少监测处于接通状态的各个开关两端的电压。

【0098】通过设置开关的门限值和监测到的开关两端的电压值之间的比较，驱动器卡能够确定开关是否被去饱和。更具体地说，当开关处于接通状态且开关两端的电压大于门限值水平(如，IGBT V_ce＞5V)，认为开关被去饱和。驱动器卡优选向控制器1202输出信号，该信号说明饱和/去饱和及开关是否导通或未导通。

【0099】同样，每一驱动器卡优选包括过载状况检查电路，通过将处于接通状态的各开关的电压或电流和门限水平或值进行比较来检测过载状况。在使用IGBT的逆变桥中，驱动器卡监测IGBT的栅极或门极电压，提供通过IGBT的瞬时电流的测量值。在IGBT运行中，当检测到类型I故障时，安装一典型的门极卡以自动将IGBT断开。提供关于饱和/去饱和、导通状态和过载检测的反馈的驱动器/门极卡是本领域公知的。

【0100】此外，驱动器/门极卡和/或控制器1202还优选确定是否出现开关故障。当命令开关到断开状态，但其仍保持导通，说明此开关已经失效，产生了故障。确定这种故障的一个简单的方法是测量：当命令开关到断开状态后，超过时间段t_off之后，其是否仍导通。

【0101】控制器1202也接收所有三相到负载的瞬时过电流状态，以及关于每个开关的瞬时信息，使控制器1202的逻辑电路事先知道故障状况。

【0102】控制器1202从为每一相到负载提供的动电(galvanically)隔离的传感器收集关于负载的数据，并通过监测哪一相出现过电流来查明过大电流的通路。每一传感器能够进行双向电流测量(直流和交流)，给每相提供电流的瞬时测量值。这种传感器的一个例子为如LEM的霍尔效应传感器。每一传感器应被设定(rated)为至少两倍于驱动输出电流。

【0103】使用从传感器和驱动器卡得到的数据，与耗费的时间和去饱和信息一起，控制器提供预先的故障状况警告，且推断正在处理的过载类型。通过监测哪一相过流，查明过大电流的通路，如果给定的输出相表现出过流条件(|I_o|＞I_max)，但从门极卡上没有得到去饱和信号，则推断出此为类型II短路。

【0104】例如，参考三电平***，当检测到故障(|I_o|＞I_max)时，控制器1202将等待涉及的外面的IGBT(即离正功率母线或负功率母线最近的IGBT)达到去饱和。一旦外面的IGBT去饱和，相应的门极驱动器将会自动开始断开过程，尽管控制器1202将冗余地命令最外面的IGBT的门极卡断开晶体管。控制器1202将计算从过流警告开始过去的时间，同时等待来自外面IGBT门极驱动器卡的去饱和信号。如果在最长时间之后，该信号没有到来，并且外面门极卡和/或输出监测传感器继续显示出输出电流大于IGBT额定电流的两倍，里面的IGBT门极驱动器发出去饱和故障信息并且控制器1202就会知道外面的IGBT有损坏，强迫相应的里面的IGBT断开。也可以将该机制用于检测类型II短路。

【0105】控制器进一步的实施方式示于图15，16和17中。图15和16图解说明了使用门极卡提供的去饱和信号控制逆变桥的一个支路的控制器的逻辑。图17图解说明了无需依赖于门极卡提供的去饱和信号，控制逆变桥的二分之一支路的控制器的逻辑。控制器的这些实施方式可以通过软件、固件和/或硬件实现。

【0106】如图15所示，配置两个比较电路1510和1511来监测逆变桥的三相输出的一相的瞬时输出电流I_o的幅值。传感器输出1501经过缓冲器1502以将I_o的幅值和I_Nom+I_OL进行比较(比较电路1510)，及和I_max进行比较(比较电路1511)。如果I_o的幅值大于I_Nom+I_OL，则信号FLT1为真；否则FLT1为假。同样，如果I_o的幅值大于I_max，则信号FLT2为真，否则，FLT2为假。

【0107】如果FLT1和FLT2都为假，则什么也不会发生。如果FLT1为真，则逻辑电路顺序断开并能保证断开不在故障通路中的各开关(1550)。如果FLT1是真，FLT2为假，则逻辑电路顺序命令保持接通状态的支路中的所有开关断开(1552)。因为I_max＞I_OL+I_Nom≥I_Nom，逻辑电路1550和逻辑电路1552将可能同时起作用。

【0108】如果FLT1和FLT2为真，顺序开关断开进行到基于开关是否去饱和的半支路。尽管与门1523图解说明为用来传递|I_o|＞I_Nom+I_OL，及|I_o|＞I_max，实际上，因为I_max＞I_OL+I_Nom，如果FLT2为真，FLT1则必然为真，这样在FLT2单独为真的情况下与门23可以省略。

【0109】当FLT1和FLT2都为真时，图解说明了断开开关的两个电路。第一电路对最高正母线电压电平和相输出之间的开关(开关L到2(L-1))进行处理，第二电路对最高负母线电压电平和相输出之间的开关(开关1到(L-I))进行处理。

【0110】参考第一电路，多路复用器/计数器1660接收来自驱动器卡的说明半支路的开关是否去饱和的信号。作为一个例子，四个去饱和信号为输入，如同对于图5所示的五电平逆变器支路的第一半支路的情形。不过可以使用任何数目的电平数。如果使用两电平逆变桥，可以省略多路复用器/计数器1660，这是因为单个去饱和信号可以直接驱动非门1627和与门1625。

【0111】多路复用器/计数器1660的输出(Out_M)对应于开关M的去饱和输入。优选为将多路复用器/计数器1660进行初始化以将M预先设置为具有断开状态的半支路的最外面的开关。然而，如从图15将了解的，即使将M初始化到最外面的晶体管(即图5中的开关8)，且最外面的晶体管完全断开，***将快速递减M(Dec.M)，直到达到处于接通的最外面的晶体管，这是因为一个完全断开的开关必定是去饱和(Desat.)的。

【0112】如果FLT1和FLT2为真，且开关M没有被去饱和，逻辑电路(1654)保持或命令开关L到M接通。然后在延迟电路(1656)产生的延迟结束的一小段时间和开关M去饱和后，逻辑电路1658将开关M断开。在开关断开后，将M减小或递减，然后对下一个开关重复该过程。

【0113】当延迟电路1656的延迟结束时，如果有急剧短路电路，锁存器1664使急剧短路电路1670接通。图14图解说明了示例性的急剧短路电路。急剧短路电路1670优选包括图14中的开关A，以使最高正母线电平和相输出之间的一开关传导故障电流时，使相输出的正的部分并联到中点电压电平。

【0114】除了多路复用器/计数器1560递增N(Inc.N)以使去饱和信号从外(开关1)到内(开关(L-I))是输出(Out_N)之外，第二电路也以类似方式运行。当延迟电路1556的延迟结束时，如果有急剧短路电路，锁存器1564使急剧短路电路1570接通。急剧短路电路1570优选包括图14中的开关B，以使最高负母线电平和相输出之间的一开关传导故障电流时，使相输出的负的部分并联到中点电压电平。

【0115】图16的逻辑原理图与图15相同，除了在正半电路或负半电路中的延迟结束时，锁存器1764使急剧短路电路1770的正负相输出部分接通。在本例中，急剧短路电路1770优选都包括图14中的开关A和开关B。

【0116】图17所示的逻辑原理图为图15和16的变体，其没有使用来自驱动器卡的去饱和信号，去饱和的确定基于I_o的幅值是否超过每一晶体管开关的最大额定短路电流(I_sc)。在此实施方式中，当|I_o|＞I_sc时，信号FLT3为真，说明去饱和。计数器1752将M值从外向内减小。尽管在图17中未示出，其它的半支路(开关1到(L-1))也使用复制电路，并且急剧短路电路以与图15和16所示相同的方式被驱动。此外，可以把基于I_sc和门极卡去饱和信号确定去饱和的方法结合使用以作为附加冗余。

【0117】如图18A和18B所示，开关故障处理进一步可以集成到图15至17所示的两个电路中，以当FLT1和FLT2都为真时断开开关。利用开关故障信号来确定开关故障。例如，当命令开关到断开状态，但经时间t_off之后，该开关没有变为非导通，则出现开关故障。故障(Fault)信号可以由驱动器卡、控制器或单独的电路产生。当多路复用器1800和1805接收到研究中的开关的故障指示时，电路运行到(advance)半个支路中的下一个开关。如果使用的是两电平逆变桥，可以省略开关故障多路复用器(1800，1805)，使用故障信号直接驱动或门(1801，1806)。同样，如果在图17所示的电路中使用开关故障信号，去饱和信号多路复用器优选被计数器取代。

【0118】图15，16，17，18A和18B中的各元件可以认为是抽象的，其可以对应于硬件，固件，软件或它们的混合。例如，三相输出传感器(1501)和缓冲器电路(1502)图解说明为以绝对值项(|I_o|)提供电流监测，而输出传感器可以用(±I_o)表明电流极性。如果电流极性由传感器提供，监测的电流信号可以被整流得到|I_o|，可为每一极性提供单独的比较电路，或一个电路可以处理两种极性。如果极性信息由传感器提供，可以通过检查极性来确定哪半支路正在传导瞬时电流。用于检查极性的示例性逻辑如图19所示，其包括传感器1901，缓冲电路1902，二极管1903，1904和比较电路1905，1906。

【0119】进一步，传感器1501和1901的输出为指示输出电流的信号，但其本身不一定为电流(如电压或频率)，可以用一个或多于一个电流跟随器，一个或多于一个放大器电路，一个或多于一个模数转换器或用于将传感器输出的信号转换成可以和门限电平进行比较的形式的其它电路来实现缓冲电路1502和1902。电流源1503，1504，1505也可以为实际的电流源，或可以为相当的参考电压(如果比较电路比较的是电压而不是电流)，也可以为表示电流电平的数字值，或对应于各门限值的其它表示法。参考电平1503，1504，1505以及比较值I_o都为相对的电平，都被标定为代表特定的输出条件，且不需要一个一个地与实际的输出电流相对应。比较电路1510，1511，1512，1905和1906可以为数字比较电路，用于对各输入数字信号进行比较；或可以为在它们的输入具有电阻的电压比较器以将电流转换为电压；电流比较器；或将存储在内存或寄存器中的数字值比较的机器指令；或可以将门限电平和瞬时信号进行比较的任何类型的电路。延迟电路1556和1656，可以有预先设定的值(如，图8A)，或基于反馈(如图8B)。所示的各种门也旨在说明逻辑功能，可以为实际的门，指令或逻辑等同体。

【0120】本发明的进一步的实施方式是急剧短路电路本身，如在图14中示例的。逆变桥输出的附加整流器电路能人为地在驱动器上造成低阻抗故障。当控制器检测到类型II故障时，跨越逆变桥输出的开关A和B接通以造成完全短路。阻抗的突然下降会引起IGBT立即离开饱和区。如果短路仅持续一小段时间周期(如20μs)，很少或几乎没有热量传递到或损坏产生人为短路的开关A和B。

【0121】开关A和B应被设定为等于或大于逆变桥相应开关的电流容量。然而，根据上述实施方式的逆变桥的开关是经历饱和类型的开关(如BJT，IGBT和FET)，急剧短路电路的开关A和B可以为任意类型的开关，包括BJT，IGBT，FET，绝缘栅可控晶闸管(IGCT)，栅可关断晶闸管(GTO)，可控硅开关，晶体管，开关二极管和晶闸管。

【0122】尽管具有奇数个母线电压电平的逆变桥包括中点电平(图14中的“中线母线”，图5中的“N2”)，在常规的具有偶数个母线电平(图3和5)的逆变桥中没有该中点电平。相应地，图20和21图解说明了二电平和四电平逆变桥支路，其中中点电平是人为导出或得出(derived)的。这样的配置对六电平和更高电平的桥也是适用的。偶数(图20和21)电平和奇数(图5和14)逆变桥的中点电平可以接地也可以不接地。

【0123】在不偏离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式和实行例进行各种修改。

Claims (25)

1.一种控制具有三个支路的三相逆变桥的方法，每一支路作为三相输出中的一相驱动感性负载，所述逆变桥具有“L”个母线电压电平L≥2，

其中，L个电平中的一个为最高负母线电压，L电平中的一个为最高正母线电压，每一支路包括两个半支路，第一二分之一支路包括连接在所述最高正母线电压和各自的相输出之间的晶体管开关，和第二二分之一支路包括连接在所述最高负母线电压和相应的相输出之间的晶体管开关，

其中，在半支路中，外面定义为指向所述最高正母线电压或最高负母线电压，里面定义为指向所述相输出，

其中对每一支路，所述方法包括：

将所述逆变桥的三相输出中的一相的瞬时输出电流I_o的幅值与支路的晶体管开关的一晶体管开关的额定标称电流I_Nom和过载电流门限I_OL之和进行比较，其中I_OL+I_Nom满足I_max＞I_OL+I_Nom≥I_Nom，I_max为所述支路的所述晶体管开关的最大额定电流；

响应I_o与I_Nom+I_OL的比较，如果|I_o|＞I_Nom+I_OL，则所述支路的每一二分之一支路：

识别半支路中传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o的各晶体管开关；

确保半支路中被识别为处于断开状态的各晶体管开关为断开状态；

顺序断开半支路中没有传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o的各晶体管开关；

将超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o和I_max进行比较，

且如果|I_o|≤I_max，

顺序命令半支路中保持在接通状态的所有晶体管开关断开至断开状态，同时继续比较|I_o|＞I_max；且

在所述顺序命令的步骤之后不超过t_off的时间内，继续比较|I_o|＞I_max，其中t_off定义为各晶体管开关的额定断开时间，其等于断开延迟时间和电流下降时间之和，

且如果|I_o|＞I_max，

检查保持在接通状态的最外面的晶体管开关是否去饱和，

且如果没有去饱和，

将保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关和所述最外面的晶体管开关和所述相输出之间的开关处于接通状态，且如果已经命令所述最外面的晶体管开关和所述最外面的晶体管开关和所述相输出之间的任何开关到断开状态，则命令这些晶体管开关返回到接通状态，然后

延迟直到保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关的去饱和后一小段时间，及直到基于保持接通状态的最外面的晶体管损坏前的一定时间的延迟时间结束时，且|I_o|＜I_max；

且如果所述最外面的晶体管开关被去饱和，当所述延迟时间结束时，或|I_o|＜I_max，

断开保持接通状态的所述最外面的晶体管，且然后

如果半支路的任何晶体管开关保持接通状态，从所述将超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o和I_max进行比较的步骤开始重复该方法。

2.根据权利要求1的方法，所述检查保持接通状态的最外面的晶体管开关是否去饱和的步骤包括确定晶体管开关两端的电压是否大于晶体管开关的额定饱和电压。

3.根据权利要求1的方法，其中所述延迟时间相当于保持接通状态的所述最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间。

4.根据权利要求1的方法，其中所述晶体管开关为绝缘栅双极型晶体管IGBT或双极结型晶体管BJT，且

所述检查保持接通状态的最外面的晶体管开关是否去饱和的步骤包括确定晶体管开关的集电极-发射极电压V_ce是否大于晶体管开关的额定饱和集电极-发射极电压V_ce sat，如果V_ce≤V_ce sat，所述晶体管开关没有去饱和，如果V_ce＞V_ce sat则被去饱和。

5.根据权利要求4的方法，其中所述延迟时间相当于保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间，该时间由下式确定：

$\∫(V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}\×|I_o\left|\right)\mathrm{dt}>\frac{V_{\mathrm{ce}\·\max }\×I_{\mathrm{sc}}}{L-1}$

其中：

V_ce max被定义为保持接通状态的晶体管开关两端的最大的额定集电极-发射极电压，且

I_sc被定义为每一晶体管开关最大的额定短路电流。

6.根据权利要求4的方法，其中所述延迟时间相当于保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间，该时间大约等于：

$\frac{t_{\mathrm{sc}\·\max }\×V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}}{V_{\mathrm{ce}\·\mathrm{sat}}}$

其中：

V_ce max被定义为保持接通状态的晶体管开关两端的最大额定集电极-发射极电压，且

t_sc max被定义为额定最大短路时间持续值，即当置于V_ce max和I_sc时，晶体管开关能承受的时间。

7.根据权利要求1的方法，其中所述方法进一步包括：

当所述延迟时间结束，而保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关没有去饱和，在断开所述最外面的晶体管之前，

如果还没有并联到中点电压电平，则将所述半支路提供的相输出开联到中点电压电平，

其中，所述中点电压电平为所述最高正母线电压和所述最高负母线电压之间的差值除以2。

8.根据权利要求7的方法，其中：

当所述半支路为第一二分之一支路时，将相输出并联到中点电平的所述步骤并联所述三相逆变桥的所有三个支路的各第一二分之一支路，且

当所述半支路为第二二分之一支路时，将相输出并联到中点电平的所述步骤并联所述三相逆变桥的所有三个支路的各第二二分之一支路。

9.根据权利要求7的方法，其中将所述相输出并联到中点电平的所述步骤并联所述三相逆变桥的所有三个支路的所有半支路。

10.一种存储控制器的程序指令集的存储介质，所述控制器被配置成控制具有三个支路的三相逆变桥，每一支路提供三相输出中的一相用于驱动感性负载，所述逆变桥具有“L”个母线电压电平L≥2，

其中所述L个电平之一为最高负母线电压，所述L个电平之一为最高正母线电压，每一支路包括两个半支路，第一二分之一支路包括连接在所述最高正母线电压和相应的相输出之间的晶体管开关，第二二分之一支路包括连接在所述最高负母线电压和相应的相输出之间的晶体管开关，

其中在半支路中，外面定义为指向所述最高正母线电压或所述最高负母线电压，里面定义为指向所述相输出，

当由所述控制器执行时，所述程序指令集使所述控制器执行所述三相逆变桥的每一支路的下述步骤：

将逆变桥的三相输出的一相的瞬时输出电流I_o的幅值和支路中各晶体管开关的一个晶体管开关的额定标称电流I_Nom和过载电流门限I_OL之和进行比较，其中I_OL+I_Nom满足I_max＞I_OL+I_Nom≥I_Nom，I_max为支路的各晶体管开关的最大额定电流；

响应I_o和I_Nom+I_OL的比较，如果|I_o|＞I_Nom+I_OL，则对于所述支路的每一二分之一支路：

识别传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o的半支路中的各晶体管开关；

确保被识别为处于断开状态的半支路中的各晶体管开关为断开状态；

顺序断开没有传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o的半支路中的各晶体管开关；

将超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o和I_max进行比较，且如果|I_o|≤I_max，

顺序命令半支路中保持在接通状态的所有晶体管开关采取断开状态，同时继续比较|I_o|＞I_max；且

直到所述顺序命令步骤超过t_off的时间后，继续比较|I_o|＞I_max，其中t_off定义为晶体管开关的额定断开时间，其等于断开延迟时间和电流下降时间之和，

且如果|I_o|＞I_max，

检查保持在接通状态的最外面的晶体管开关是否去饱和，且如果没有去饱和，

将保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关和所述最外面的晶体管开关和所述相输出之间的任何晶体管开关处于接通状态，且如果已经命令所述最外面的晶体管开关和所述最外面的晶体管开关和所述相输出之间的任何晶体管开关到断开状态，则命令这些晶体管开关返回到接通状态，然后

延迟直到保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关的去饱和后的一小段时间，及直到基于保持接通状态的最外面的晶体管损坏前的一定时间的延迟时间结束时，且|I_o|＜I_max；

且如果最外面的晶体管开关去饱和，当所述延迟时间结束时，或|I_o|＜I_max，

断开保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关，且然后

如果半支路的任何晶体管开关保持接通状态，从将超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o和I_max进行比较的步骤开始重复该方法。

11.一种存储介质，其用于根据权利要求10的控制器存储程序指令集，其中，所述延迟时间相当于保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间。

12.一种存储介质，其用于根据权利要求10的控制器存储程序指令集，当由所述控制器执行时，所述程序指令集进一步使所述控制器执行下述步骤：

当所述延迟时间结束，而保持在接通状态的最外面的晶体管未被去饱和，在断开所述最外面的晶体管之前，

如果还没有并联到中点电压电平，将半支路提供的所述相输出并联到中点电平，

其中所述中点电压电平为所述最高正母线电压和所述最高负母线电压的差值除以2。

13.一种用来控制具有三个支路的三相逆变桥的三相逆变器控制器，提供三相输出的一相的每一支路用于驱动感性负载，所述逆变桥具有“L”个母线电压电平L≥2，

其中，L电平之一为最高负母线电压，L电平之一为最高正母线电压，每一支路包括两个半支路，第一二分之一支路包括连接在所述最高正母线电压和相应的相输出之间的各晶体管开关，第二二分之一支路包括连接在所述最高负母线电压和相应的相输出之间的各晶体管开关，

其中在半支路中，外面定义为指向所述最高正母线电压或所述最高负母线电压，里面定义为指向所述相输出，

对每一支路，所述控制器包括至少第一比较电路，第二比较电路，延迟电路和逻辑电路，

所述第一比较电路将逆变桥的三相输出的一相的瞬时输出电流I_o的幅值与支路的各晶体管开关的额定标称电流I_Nom和过载电流限值I_OL之和进行比较，其中I_OL+I_Nom满足I_max＞I_OL+I_Nom≥I_Nom，I_max为支路的各晶体管开关的最大额定电流，

其中，如果|I_o|＞I_Nom+I_OL，则所述逻辑电路：

识别支路中传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o的各晶体管开关；

确保被识别为处于断开状态的晶体管开关为断开状态；

顺序地从外向内断开半支路中的晶体管开关，该半支路包括处于接通状态但没有传导超过I_Nom+I_OL的瞬时输出电流I_o的各晶体管开关；

所述第二比较电路将瞬时输出电流I_o和I_max进行比较，其中，当|I_o|＞I_Nom+I_OL且|I_o|＜I_max时，所述逻辑电路：

顺序地从外向内，命令保持在接通状态的所有晶体管开关采取断开状态；

且其中当|I_o|＞I_max时，所述逻辑电路：

确定保持在接通状态的最外面的晶体管开关是否去饱和，且

如果保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关被去饱和，则所述逻辑电路：

将保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关及在所述最外面的晶体管开关和所述相输出之间的任何晶体管开关保持为接通状态，且如果已经命令所述最外面的开关和在所述最外面的开关和所述相输出之间的任何开关关掉至断开状态，则命令这些开关返回到接通状态，且然后

等待，直到保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关去饱和后的一小段时间，及直到基于保持在接通状态的最外面的晶体管损坏之前的一定时间的延迟时间结束时，且|I_o|＜I_max；

且如果保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关被去饱和，当所述延迟时间结束时，或|I_o|＜I_max，则所述逻辑电路：

断开保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关，之后，如果有下一个保持在接通状态的最外面的晶体管开关的话，检查其是否去饱和。

14.根据权利要求13的三相电平逆变器控制器，其中所述逻辑电路通过检查从驱动最外面的晶体管开关的驱动器卡接收到的信号，检查保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关是否去饱和。

15.根据权利要求13的三相电平逆变器控制器，其中设定所述延迟电路的延迟时间以使延迟时间的结束时间对应于保持在接通状态的所述最外面的晶体管开关的温度达到最大额定温度值的时间。

16.根据权利要求13的三相电平逆变器控制器，其中所述第一比较电路包括第一比较器，而所述第二比较电路包括第二比较器。

17.急剧短路电路，当短路发生并且由于短路电感而至少一个晶体管开关被允许饱和时，其用于保护三相逆变桥的各晶体管开关，所述三相逆变桥具有三个支路，每一支路提供三相输出中的一相用于驱动感性负载，所述逆变桥具有“L”个母线电压电平L≥2，其中L电平之一为最高负母线电压，L电平之一为最高正母线电压，如果L＞2任何中间母线电压电平与其它母线电压电平的差值为所述最高正母线电压和所述最高负母线电压的差值再被(L-1)除，所述急剧短路电路包括：

至少一个开关，其可选择地将逆变桥的三相输出的每一相并联到中点电压电平，所述中点电压电平为所述最高正母线电压和所述最高负母线电压的差值除以2，

其中，通过闭合所述至少一个开关，可选择地将每一相并联到中点电压，所述三相逆变桥的饱和的晶体管开关变为去饱和。

18.根据权利要求17的急剧短路电路，

其中如果“L”为奇数，所述中点电压电平为所述逆变桥的“L”个母线电压电平之一，和

其中如果“L”为偶数，所述中点电压电平处于所述逆变桥的“L”个母线电压电平中的两个电压电平之间。

19.根据权利要求17的急剧短路电路，其中所述急剧短路电路提供与三相逆变桥分开设立的单独的盒子里，所述急剧短路电路被配置而电连接到所述逆变桥的所述三相输出。

20.根据权利要求17的急剧短路电路，其中所述至少一个开关包括第一开关和第二开关，

所述急剧短路电路进一步包括：

第一套三个二极管，所述第一套三个二极管的每一二极管具有的正极连接到所述逆变桥的所述三相输出的各自相输出，所述第一套三个二极管的负极连接到所述第一开关，所述第一开关可选择地将所述三相输出的第一半波整流部分并联到所述中点电压电平，和

第二套三个二极管，所述第二套三个二极管的每一二极管的负极连接到所述逆变桥的所述三相输出的各自相输出，所述第二套三个二极管的正极连接到所述第二开关，所述第二开关可选择地将所述三相输出的第二半波整流部分并联到所述中点电压电平。

21.根据权利要求20的急剧短路电路，其中所述第一和第二开关被配置为一起闭合。

22.根据权利要求20的急剧短路电路，其中所述第一和第二开关被配置为分别闭合。

23.当短路发生并且由于短路电感至少一个晶体管开关允许饱和时，保护三相逆变桥的各晶体管开关的方法，所述三相逆变桥具有三个支路，每一支路提供三相输出中的一相用于驱动感性负载，所述逆变桥具有“L”个母线电压电平L≥2，其中L电平之一为最高负母线电压，L电平之一为最高正母线电压，

所述方法包括：

通过将所述逆变桥的所述三相输出中的每一相的输出电流和门限水平进行比较来检测短路；

在提供所述三相输出的一相的每一支路中检测到短路时，确定处在接通状态的支路中的每一晶体管开关是否饱和，和

如果确定至少一个晶体管开关饱和，将对应于所述支路的所述相并联到中点电压电平，所述中点电压电平为所述最高正母线电平和所述最高负母线电压的差值除以2。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述逆变桥的每一支路包括两个半支路，第一二分之一支路包括连接到所述最高正母线电压和所述相输出之间的各晶体管开关，第二二分之一支路包括连接到所述最高负母线电压和所述相输出之间的各晶体管开关，所述方法进一步包括：

其中当饱和的晶体管开关为所述逆变桥的所述第一二分之一支路中的一个时，所述并联步骤包括：

将具有比所述中点电压电平较正或高的母线电压电平的相输出的部分并联到所述中点电压电平；和

其中当饱和的晶体管开关为所述逆变桥的所述第二二分之一支路中的一个时，所述并联步骤包括：

将具有比所述中点电压电平较负或低的母线电压电平的相输出的部分并联到所述中点电压电平。

25.根据权利要求23的方法，其中所述并联包括：

将具有比所述中点电压电平较正或高的母线电压电平的相输出的部分并联到所述中点电压电平；和

将具有比所述中点电压电平较负或低的母线电压电平的相输出的部分并联到所述中点电压电平。

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