控制方法、控制逻辑系统以及多电平变换器系统的制作方法

控制方法、控制逻辑系统以及多电平变换器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及产生多电平变换器控制信号。具体地，但不仅仅，涉及一种控制方法，用于为双电平逆变器转换控制信号，从而使得它们可以用于提供多电平变换器。因此，本发明涉及一种控制方法、控制逻辑系统以及多电平变换器系统。
【背景技术】
[0002]在许多电气和机电系统中，逆变器是必需的。例如，在大功率电机驱动系统中，适用于驱动电机的、直流电源向交流电源的转换通常是需要的。在这类系统中，最好可提供尽可能接近正弦的交流信号，以便使电机的效率最大化。其中一种提高DC-AC转换处理质量的常用方法是使用多电平逆变器或变换器，该方法在直流电压范围内提供转换的步进，以便更加近似地仿真正弦信号。
[0003]除了更加接近地类似于正弦波形，多电平变换器比双电平逆变器还提供了其他优点。例如，由于输出信号更类似正弦波形，谐波失真减少了。此外，由于使用了较小的电压水平，看到电压的变化较小，也就意味着电机驱动系统中电机轴承上的压力减小。另外，箝位二极管将通过关闭-状态的开关装置的电压限制至一个电容器电压水平(直流母线电压的一半)。这样减少了电压，故中等的额定半导体器件可以被用于高电压高电平应用。
[0004]虽然使用多电平变换器有许多优点，但也存在一些缺点。特别地，由于多电平变换器中需要的开关元件的数量增加，该变换器电路较大并且价格较高。例如，多电平变换器的控制，每相需要很多微处理器引脚。一些方法是为每个半导体开关使用单独的门信号，其它的使用一对门信号和附加信号来控制开关选择。然而，不管在哪一种设置中，单独的信号通常需要电平移动和隔离。实际上，做出(尤其为高阶多电平变换器)所需要的电路是不实际的。

【发明内容】

[0005]为解决上述问题，本发明提供一种控制方法、控制逻辑系统以及多电平变换器系统。
[0006]根据本发明的一方面，本发明提供了一种控制方法，用于控制多电平变换器的至少四个开关元件。所述方法包括接收第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号和第二控制信号用于控制设置有两个开关元件的双电平逆变器；处理所述第一控制信号和所述第二控制信号，以产生至少四个开关元件控制信号，用于控制所述多电平变换器的开关元件。
[0007]上述控制方法进一步还包括使用所产生的至少四个开关元件控制信号中的对应的开关元件控制信号来控制所述至少四个开关元件中的每一个。所产生的至少四个开关元件控制信号可包括用于所述多电平变换器的每个开关元件的开关元件控制信号。
[0008]根据上述接收到的第一控制信号得到的控制信号用于产生所述开关元件控制信号。所述得到的控制信号可确定在下一个开关周期将被激活的开关元件。所述得到的控制信号可以是接收到的所述第一控制信号和所述第二控制信号的组合。接收到的所述第二控制信号可被反相。接收到的所述第一控制信号和所述第二控制信号可通过与AND逻辑门被组合。当所述第二控制信号处于有效状态时，所述得到的控制信号中的多个脉冲可用于确定在下一个开关周期将被激活的开关元件。当所述得到的控制信号中的多个脉冲的数量至少为I时，第一组开关元件可被激活。当所述得到的控制信号中的多个脉冲的数量为O时，第二组开关元件可被激活。所述得到的控制信号可用于切换与最高电压和最低电压有关的开关元件。接收到的所述第二控制信号可用于切换处于所述多电平变换器的全部电压区域中的中间区域的开关元件。
[0009]上述控制方法进一步包括根据接收到的所述第一控制信号和所述第二控制信号得到路由信号。所述路由信号可用于通过将接收到的所述第二控制信号和所述得到的控制信号中的一个路由选择至所述多电平变换器的对应的开关元件而产生所述开关元件控制信号。当接收到的所述第二控制信号很高时，所述路由信号可以被锁存。通过所述得到的控制信号的上升沿，所述路由信号可被重置，并且所述路由信号可在所述第二控制信号的下降沿进行采样。
[0010]在主动切换的开关元件之间可设置死区时间。所述路由信号可在对所述得到的控制信号进行路由选择时维持所述死区时间。
[0011]上述第一控制信号和所述第二控制信号可由微处理器产生，并且通过对应的隔离电路和电平移位器从所述微处理器被接收。所述对应的隔离电路和电平移位器可由对应的光电隔离器提供。
[0012]根据本发明的第二方面，本发明提供了一种控制逻辑系统，用于控制多电平变换器的至少四个开关元件。所述控制逻辑系统包括:输入，被设置为接收第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号和第二控制信号用于控制设置有两个开关元件的双电平逆变器。所述控制逻辑系统还包括逻辑处理器，被设置为处理接收到的所述第一控制信号和所述第二控制信号，以产生至少四个开关元件控制信号，用于控制所述多电平变换器的所述至少四个开关元件。
[0013]根据本发明的第三方面，本发明提供了一种多电平变换器系统，包括如上所述的控制逻辑系统。另外，所述多电平变换器系统还包括多电平变换器，设置有四个或更多个开关元件，每个所述开关元件设置为通过所述控制逻辑系统产生的至少四个开关元件控制信号中的一个被切换。
[0014]进一步，本发明还提供一种计算机可读介质，包括计算机可读、可操作的代码，以便在使用中指示计算机执行如上所述的任一方法。
[0015]多电平变换器的门控制所需的处理器引脚可能被减少。
[0016]上述微处理器可为每相提供两个扩充门输出。若下门线为有效的，可避免上门线选通绝缘栅双极晶体管(IGBT)。当所述下门线为有效的，所述上门线可以被切换以提供控制选择脉冲，作为下一个开关周期的半导体开关选择。
[0017]上述半导体开关选择控制可以与两个半导体开关门信号相组合，以减少所需要的处理器引脚的数量。所述门信号可以为每相。这样可以减少所需的电平移动和隔离硬件的量。因此，与其相关的延迟、批次或温度容限也可能被减少。
[0018]当下信号线为有效的，发送至上信号线上的多个控制脉冲可控制在下一个脉宽调制周期将被切换的“级别对(level Pair) ” (SI和S3或S4和S2)。
[0019]上述来自微处理器的上信号可以切换最高开关单元SI或最低开关单元S4，也就是外部的开关。反相的功能可由软件提供。
[0020]上述来自微处理器的下信号可以切换开关单元S2或S3，所述内部的，OV的开关。这样可为控制脉冲的发送提供时间，并提供正确的开关来切换死区时间。当在负极部分时，在S2和S4之间可需要死区时间。当在正极部分时，在SI和S3之间可需要死区时间。
[0021]电压部分的变化可通过低电压(0V高的工作)开关周期，其对应于长下门信号，该信号允许所述上信号发出所述“级别对”控制脉冲的时间。
[0022]开关单元S3在负极部分可保持接通，并且开关单元S2在正极部分可保持接通。
[0023]上述开关循环周期可在所述下接通期间的中间开始，以便可以做出对“级别对”的选择，并且控制脉冲在