一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置

摘要

本发明公开了一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，涉及高压变频器领域，该装置的电流检测模块获取三相电流产生输出电流值给微分器计算得到电流微分量，输出电流值达到预定阈值时该电流微分量输出给调变计算模块使其调整输出电压，使得调整电压的下降率为电流微分量的取值的绝对值产生调整电压，调变计算模块继而可以控制多级串联H桥功率单元中的开关状态，从而使电机电流续流，转矩保持一定，同时达到了限制电机电流的目的，从而保护功率单元，防止功率器件因瞬间过流或过压而烧毁，使电机能克服瞬间加载的转矩且稳定运转，提高安全性和可靠性。

权利要求

1.一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，其特征在于，所述装置包括电流检测模块、微分器、多级迟滞比较器、调变计算模块和开关状态调变器；

所述电流检测模块获取高压变频器的多级串联H桥功率单元的三相电流并根据三相电流计算得到输出电流值，所述输出电流值输入微分器中得到对应的电流微分量，所述输出电流值还输入所述多级迟滞比较器中与预定阈值进行比较，所述多级迟滞比较器在所述输出电流值达到所述预定阈值时输出高电平、否则输出低电平，所述多级迟滞比较器的输出信号传输给所述开关状态调变器；

所述微分器通过受所述多级迟滞比较器控制的驱动开关输出到所述调变计算模块，所述驱动开关在所述多级迟滞比较器的输出信号为高电平时闭合、否则断开；

所述调变计算模块获取高压变频器的输出电压，并根据获取到的所述电流微分量调节所述输出电压产生调整电压，所述调整电压的下降率为所述电流微分量的取值的绝对值；

所述调变计算模块将所述调整电压输出给所述开关状态调变器，所述开关状态调变器根据所述多级迟滞比较器的输出信号以及所述调整电压控制多级串联H桥功率单元中的开关状态。

2.根据权利要求1所述的高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，其特征在于，所述开关状态调变器还获取多级串联H桥功率单元的三相电流；

则所述根据所述多级迟滞比较器的输出信号以及所述调整电压控制多级串联H桥功率单元中的开关状态，包括：

当检测到所述多级迟滞比较器的输出信号为高电平且所述调整电压与所述输出电压的幅值相同时，根据获取到的三相电流确定电流方向，并根据电流方向控制所述多级串联H桥功率单元中的上下桥臂的开关的通断。

3.根据权利要求2所述的高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，其特征在于，当电流方向为流入时，控制下桥臂导通；当电流方向为流出时，控制上桥臂导通。

4.根据权利要求1所述的高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，其特征在于，所述根据所述多级迟滞比较器的输出信号以及所述调整电压控制多级串联H桥功率单元中的开关状态，包括：

当检测到所述多级迟滞比较器的输出信号为高电平且所述调整电压与所述输出电压的幅值不同时，根据所述调整电压控制所述多级串联H桥功率单元中开关的导通时长。

5.根据权利要求4所述的高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，其特征在于，所述调整电压与开关的导通时长呈正比。

6.根据权利要求1‑5任一所述的高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，其特征在于，所述调变计算模块还生成并输出同步信号至所述开关状态调变器，所述开关状态调变器根据所述同步信号与所述调变计算模块保持同步。

7.根据权利要求1‑5任一所述的高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，其特征在于，所述调变计算模块包括电压调变比计算器、乘法器和PWM计算器，所述电压调变比计算器获取高压变频器的输出电压并计算得到输出电压幅值输出给所述乘法器和所述PWM计算器，所述微分器通过所述驱动开关输出到所述乘法器，所述乘法器对输出电压幅值与所述电流微分量进行相乘运算并将相乘结果输出给所述PWM计算器，所述PWM计算器确定所述调整电压为V0‑|Ki|*V0，其中V0是所述输出电压幅值，Ki是所述电流微分量。

说明书

一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置

技术领域

[0001] 本发明涉及高压变频器领域，尤其是一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置。

背景技术

[0002] 多级串联H桥功率单元是一个典型的直流电机控制电路，被广泛应用于各种场合，比如应用于高压变频器中。但是因为其结构的特殊性，多级串联H桥功率单元在工作时很容
易因瞬间过流或过压而烧毁，安全性和可靠性较低。

发明内容

[0003] 本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，本发明的技术方案如下：

[0004] 一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，该装置包括电流检测模块、微分器、多级迟滞比较器、调变计算模块和开关状态调变器；

[0005] 电流检测模块获取高压变频器的多级串联H桥功率单元的三相电流并根据三相电流计算得到输出电流值，输出电流值输入微分器中得到对应的电流微分量，输出电流值还
输入多级迟滞比较器中与预定阈值进行比较，多级迟滞比较器在输出电流值达到预定阈值
时输出高电平、否则输出低电平，多级迟滞比较器的输出信号传输给开关状态调变器；

[0006] 微分器通过受多级迟滞比较器控制的驱动开关输出到调变计算模块，驱动开关在多级迟滞比较器的输出信号为高电平时闭合、否则断开；

[0007] 调变计算模块获取高压变频器的输出电压，并根据获取到的电流微分量调节输出电压产生调整电压，调整电压的下降率为电流微分量的取值的绝对值；

[0008] 调变计算模块将调整电压输出给开关状态调变器，开关状态调变器根据多级迟滞比较器的输出信号以及调整电压控制多级串联H桥功率单元中的开关状态。

[0009] 其进一步的技术方案为，开关状态调变器还获取多级串联H桥功率单元的三相电流；

[0010] 则根据多级迟滞比较器的输出信号以及调整电压控制多级串联H桥功率单元中的开关状态，包括：

[0011] 当检测到多级迟滞比较器的输出信号为高电平且调整电压与输出电压的幅值相同时，根据获取到的三相电流确定电流方向，并根据电流方向控制多级串联H桥功率单元中
的上下桥臂的开关的通断。

[0012] 其进一步的技术方案为，当电流方向为流入时，控制下桥臂导通；当电流方向为流出时，控制上桥臂导通。

[0013] 其进一步的技术方案为，根据多级迟滞比较器的输出信号以及调整电压控制多级串联H桥功率单元中的开关状态，包括：

[0014] 当检测到多级迟滞比较器的输出信号为高电平且调整电压与输出电压的幅值不同时，根据调整电压控制多级串联H桥功率单元中开关的导通时长。

[0015] 其进一步的技术方案为，调整电压与开关的导通时长呈正比。

[0016] 其进一步的技术方案为，调变计算模块还生成并输出同步信号至开关状态调变器，开关状态调变器根据同步信号与调变计算模块保持同步。

[0017] 其进一步的技术方案为，调变计算模块包括电压调变比计算器、乘法器和PWM计算器，电压调变比计算器获取高压变频器的输出电压并计算得到输出电压幅值输出给乘法器
和PWM计算器，微分器通过驱动开关输出到乘法器，乘法器对输出电压幅值与电流微分量进
行相乘运算并将相乘结果输出给PWM计算器，PWM计算器确定调整电压为V0‑|Ki|*V0，其中V0
是输出电压幅值，Ki是电流微分量。

[0018] 本发明的有益技术效果是：

[0019] 本申请公开了一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，该装置利用电流检测模块和微分器计算电流微分量，利用调变计算模块的自然采样方式根据电流微分量确
定调整电压，然后结合开关状态调变器对开关转台的控制，使电机电流续流，转矩保持一
定，同时达到了限制电机电流的目的，从而保护功率单元，防止功率器件因瞬间过流或过压
而烧毁，使电机能克服瞬间加载的转矩且稳定运转，提高安全性和可靠性。

附图说明

[0020] 图1是本申请公开的高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

[0022] 本申请公开了一种高压变频器多级串联H桥功率单元保护装置，请参考图1，该装置包括电流检测模块、微分器、多级迟滞比较器、调变计算模块和开关状态调变器，其中电
流检测模块可以采用现有的电流检测电路，微分器、多级迟滞比较器、调变计算模块和开关
状态调变器可以统一由FPGA实现。

[0023] 其中，电流检测模块获取高压变频器的多级串联H桥功率单元的U、V、W相的三相电流IU、IV、IW并根据三相电流计算得到输出电流值。输出电流值输入微分器中得到对应的电
流微分量Ki，该电流微分量Ki即为输出电流值的变化率。该输出电流值还输入多级迟滞比较
器中与预定阈值进行比较，多级迟滞比较器在输出电流值达到预定阈值时输出高电平、否
则输出低电平，多级迟滞比较器的输出信号Fe传输给开关状态调变器。

[0024] 微分器通过受多级迟滞比较器控制的驱动开关SW输出到调变计算模块，驱动开关SW在多级迟滞比较器的输出信号为高电平时闭合、否则断开，也即当输出电流值超过预定
阈值时，电流微分量Ki输出给调变计算模块，否则不输出给调变计算模块。

[0025] 调变计算模块获取高压变频器的输出电压Vout，并根据获取到的电流微分量Ki调节输出电压产生调整电压Vt，调整电压Vt的下降率为电流微分量Ki的取值的绝对值，也即
绝对值相同、正负相反。

[0026] 调变计算模块将调整电压Vt输出给开关状态调变器，开关状态调变器根据多级迟滞比较器的输出信号Fe以及调整电压Vt控制多级串联H桥功率单元中的开关状态。

[0027] 具体的，本申请装置的保护作用主要在输出电流值达到预定阈值时起作用，本申请仅对这种情况为例，主要有如下两大类控制情况：

[0028] (1)输出电流值达到预定阈值，且Ki＝0。

[0029] 此时，开关状态调变器检测到多级迟滞比较器的输出信号Fe为高电平且调整电压Vt的幅值与输出电压Vout的幅值V0相同，则开关状态调变器同时也会获取U、V、W相的三相电
流IU、IV、IW且可以根据三相电流确定电流方向为流入或流出，从而根据电流方向控制多级
串联H桥功率单元中的上下桥臂的开关的通断，从而切换成维持电机电流续流的相序，使电
机转矩恒定，同时达到了限制电机电流的目的。具体的，当电流方向为流入时，控制下桥臂
导通；当电流方向为流出时，控制上桥臂导通。

[0030] (2)输出电流值达到预定阈值，且Ki≠0，具体的包括Ki＞0和Ki＜0两种情况。

[0031] 此时，开关状态调变器检测到多级迟滞比较器的输出信号Fe为高电平且调整电压Vt的幅值与输出电压Vout的幅值V0不同，则开关状态调变器根据调整电压控制多级串联H桥
功率单元中开关的导通时长，且调整电压与开关的导通时长呈正比，也即按照输出电流的
上升率降低输出电压，继而调整开关的导通时长以便降低输出电流值，达到限值电机电流
的目的。

[0032] 可选的，在本申请中，调变计算模块还生成并输出同步信号Fc至开关状态调变器，开关状态调变器根据同步信号Fc与调变计算模块保持同步。

[0033] 本申请中的调变计算模块的一种具体结构如图1所示，调变计算模块包括电压调变比计算器、乘法器和PWM计算器，电压调变比计算器获取高压变频器的输出电压Vout并计
算得到输出电压幅值V0输出给乘法器和PWM计算器，微分器通过驱动开关SW输出到乘法器，
乘法器对输出电压幅值V0与电流微分量Ki进行相乘运算并将相乘结果Ki*V0输出给PWM计算
器。当Ki＞0时，PWM计算器确定调整电压Vt为V0‑Ki*V0，当Ki＜0时，PWM计算器确定调整电压
Vt为V0+Ki*V0，统一可以表示为PWM计算器确定调整电压Vt为V0‑|Ki|*V0。

[0034] 以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变
化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。