[发明专利]使用CAN通信的H－桥式多电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及高电压逆变器，更具体地涉及通过串联连接多个低电压逆变器来获得高输出电压的高电压逆变器。

更具体地，本发明涉及通过多个单元控制器和单个主控制器启动分布式控制的逆变器，其中这些单元控制器分别地控制多个功率单元(power cell)，而该主控制器控制这些单元控制器。

更具体地，本发明涉及包括用于在主控制器和单元控制器之间的通信的控制器区域网络(CAN)通信网络的高电压逆变器。

背景技术

H-桥式多电平逆变器首先由Marchesoni在1989年提出。由于H-桥式多电平逆变器通过以级联类型连接全桥逆变器来构建，H-桥式多电平逆变器也被称为级联逆变器。

H-桥式多电平逆变器包括多个功率单元(在下文中简称为“单元”)，该多个功率单元每相(per phase)由串联连接的单相逆变器构成，其中单相逆变器包括低电压功率半导体开关，例如绝缘栅双极晶体管(被称为IGBT)。

根据H-桥式多电平逆变器串联连接多个单元，以获得高电压。

H-桥式多电平逆变器通过相移用于控制在串联连接的单元中的功率半导体开关的栅极切换的脉宽调制(PWM)信号，可以获得具有较小的电压变化量与时间的比率也就是较小dv/dt的平滑输出电压。

如果在H-桥式多电平逆变器中串联连接的单元数量增加，则输出电压电平的数量增加以获得接近正弦波形的电压波形。

同时，在根据常规技术的H-桥式多电平逆变器中，主控制器单独地提供三相的基准电压信号给三相的单元控制器。

然而，根据常规技术的H-桥式多电平逆变器存在问题，其中该主控制器应该输出具有120°的相位差的用于每相的三个基准电压信号，并且一些通信装置和通信线应该布置在主控制器和每个单元控制器中，以将三相的基准电压信号传输给每相的单元控制器。

换句话说，如果在用于每相的电压命令信号之间的相位差不是准确的120°，则从每个功率单元输出的输出电压没有相移到目标值，由此功率单元的输出电流波动。

同样的，如果是一种串行通信并且其可靠性在行业领域中被认可的控制器区域网络(CAN)模式通信用作在主控制器和单元控制器之间的通信模式，则主控制器通常使用接收中断来与单元控制器同步。然而，在该常规技术中，由于在单元控制器和主控制器中的中央处理单元(CPU)的时钟差异和内部计算的较小误差，在同步中发生一些误差。因为这样的原因，当不正常地施加电压的时候，具有误差的脉宽调制输出信号可能从每个单元控制器施加到在目标相位差中(in atarget phase difference)的对应的功率单元。

发明内容

因此，本发明的目的为提供一种使用CAN通信的H-桥式多电平逆变器，其中主控制器仅提供单相电压命令信号到多个单元控制器，而用于每相的单元控制器基于该单相电压命令信号，产生取决于该单元控制器属于的三相的任何一相和在多个串联连接的功率单元中的对应功率单元的位置的不同相位的脉宽调制信号，从而可以显著减少在主控制器和多个单元控制器之间的通信装置和通信线的数量。

本发明的另一目标为提供一种使用CAN通信的H-桥式多电平逆变器，其中每个单元控制器基于用于从主控制器传输电压基准信号到多个单元控制器的预定通信时期，来校正其时钟误差，这样可以精确获得从每个单元控制器输出的脉宽调制信号指定(targeted)的相移值。

本发明的其他目标为提供一种使用CAN通信的H-桥式多电平逆变器，其通过消除如果预定时期内从主控制器没有接收到基准电压信号或者如果从主控制器提供到每个单元控制器的基准电压信号具有与之前的基准电压信号差异较大并且该差异超出允许范围的电压值所可能发生的误差操作的可能性，来提供可靠的通信。

为了获得这些和其他优点并且根据本发明的目的，如这里实现的和广泛描述的，提供了一种使用CAN通信的H-桥式多电平逆变器，其包括：

每相串联连接的多个功率单元，每个功率单元具有用于切换控制的功率半导体开关；

主控制器，其根据预定速度命令在每个预定通信周期输出表示要从逆变器输出的输出电压的三相的仅仅单相的电压命令信号，并启动CAN通信；

多个单元控制器，其连接到主控制器，并且每个都与每相的每个功率单元对应地设置，其具有连接到功率单元的输出，以控制功率单元的输出电压的振幅和相位，其用于基于三相的任何一相的电压命令信号来输出具有每相的相位差(phase difference per phase)以及根据对应功率单元的位置的相位差的脉宽调制信号，并且启动CAN通信；