[发明专利]具有保护结构的NPC型三电平逆变器驱动电路及方法

说明书

本发明提出了一种能够在MCU的PWM输出和开关管驱动器输入之间串入一种PWM信号检测和保护逻辑的方法和电路，从而实现对NPC型三电平电逆变器桥臂的直通保护。本发明实施后避免了MCU固件设计缺陷、MCU硬件不稳定、PWM信号走线受干扰等情况出现的开关管损坏情况，可以实现MCU固件和PLD硬件双重保护的效果。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种具有保护结构的NPC型三电平逆变器驱动电路和方法。

背景技术

二极管箝位型三电平逆变器又称NPC(Neutral—Point-C1amped)，是三电平逆变器拓扑结构中发展最早，也是目前应用最普遍的一种拓扑结构。电路中每一相由4个功率器件串联构成，对4个功率管按一定的开关逻辑进行驱动输出所需要的电平数，合成相应的正弦波形。由于其自身的功能性，二极管箝位型三电平逆变器在电力技术领域应用十分广泛。

与传统两电平的电路结构相比，三电平的电路结构除了使单个绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)或金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)阻断电压减半之外，还具有谐波小、损耗低、效率高等优势。因此，该电路在光伏、UPS及充电桩等产品中应用尤为广泛。

然而，NPC型三电平逆变器对于开关管的动作顺序有严格要求，需先关断外管，再关断内管，防止母线电压加在外管上导致损坏。

一般的NPC型三电平逆变器驱动电路如图1所示，微控制单元MCU(Microcontroller Unit)发送脉冲宽度调制(PWM：Pulse Width Modulation)信号，PWM信号经过驱动电路的驱动变换/隔离之后直接驱动IGBT/MOSFET。如果MCU的软件运行出了问题，Q1～Q4的三极管的PWM驱动信号将出现DC+对GND、DC-对GND、DC+对DC-直通的情况，这些会导致开关管的损坏；另外，如果开关管驱动输入端的信号受到干扰，则也会出现上述母线直通的情况，这时同样会导致开关管的损坏；除了以上情况外，在产品开发或者调试等过程中，特别是软件调试时也容易出现开关管时序不正确的情况，这也会导致开关管损坏。

发明内容

为了克服现有NPC型三电平驱动电路容易因为某种原因导致开关时序不正确损坏开关管的情况，本发明涉及的装置是一种具有保护结构的NPC型三电平逆变器驱动电路，包括：

微控制单元MCU，用于发送脉冲宽度调制PWM信号；

保护单元，用于对从微控制单元MCU接收的PWM信号进行检测并根据检测结果输出逻辑信号；

驱动单元，接收来自保护单元的逻辑信号，并基于该逻辑信号输出驱动信号；

接收单元，接收来自驱动单元的驱动信号并基于该驱动信号完成开关动作。

其中保护单元是可编程逻辑器件，保护单元还可包括电感过流保护结构或桥臂电流过流保护结构。保护单元若接收到满足开关时序要求的PWM信号，则正常输出PWM信号给驱动单元；若保护单元接收到不满足开关时序要求的PWM信号，则输出关断接收单元的逻辑信号。其中保护单元中还可增加表示电压过压指示的信号判断，接收单元为4个功率器件。

另外本发明还提供了一种保护二极管箝位型三电平逆变器驱动电路的方法，包括

通过微控制单元MCU发送脉冲宽度调制PWM信号给保护单元；

保护单元对该PWM信号进行检测并根据检测结果向驱动单元输出逻辑信号；

驱动单元向接收单元发出驱动信号控制接收单元的开关动作。