專利名稱：帶高頻整流橋的無(wú)死區(qū)三相ac/dc變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相交直流變換領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)死區(qū)三相變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車等節(jié)能、環(huán)保的技術(shù)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。三相變流器能夠?qū)崿F(xiàn)交直流的電能變換，廣泛應(yīng)用于中高功率 場(chǎng)合，受到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的三相橋式AC/DC變流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，變流器效率較高，采用空間矢量控制策略能夠?qū)涣鱾?cè)電流進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)變流器的可靠運(yùn)行。但是橋式拓?fù)涿肯嗌舷聵虮酃β使苤苯酉噙B，存在橋臂直通問題，需要給上下橋臂互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)加入死區(qū)，從而引入大量低次諧波，對(duì)濾波器的濾波性能要求更高，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致較高的進(jìn)網(wǎng)電流失真度，也會(huì)增加濾波器的體積與成本。針對(duì)橋式拓?fù)渖舷聵虮酃β使艿闹蓖▎栴}，南京航空航天大學(xué)的劉軍、嚴(yán)仰光教授等在2002年提出了采用滯環(huán)電流控制的單相雙降壓逆變器拓?fù)?，采用外接快恢?fù)二極管進(jìn)行續(xù)流，上橋臂功率管的輸出端與下橋臂功率管的輸入端分別與連接濾波電感，避免了上下橋臂功率管的直通問題。2012年孫鵬偉(Pengwei Sun)等人將雙降壓拓?fù)鋺?yīng)用于三相AC/DC變流器，采用諧波注入法等效SVPWM控制策略，實(shí)現(xiàn)了三相雙降壓變流器的逆變運(yùn)行。但是，三相雙降壓拓?fù)溆捎诖嬖陔姼泻凸β使軜?gòu)成的回路，若采用傳統(tǒng)橋式變流器 SVPWM控制策略，其冗余開關(guān)信號(hào)會(huì)導(dǎo)致額外的開關(guān)損耗，因此雙降壓拓?fù)涿肯喽紤?yīng)采取與該相電壓對(duì)應(yīng)的半周期控制，屏蔽冗余開關(guān)信號(hào)，從而增加控制的復(fù)雜程度，同時(shí)，由于控制中積分環(huán)節(jié)的存在，SVPWM計(jì)算出的等效調(diào)制波相對(duì)相電壓有一定的滯后，存在電流過零點(diǎn)畸變問題，影響波形質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高效率高可靠性三相AC/DC變流器拓?fù)潆娐?，以克服現(xiàn)有技術(shù)諧波含量高，存在過零點(diǎn)畸變等缺點(diǎn)。本發(fā)明提出一種三相變流器拓?fù)潆娐?，包括直流?cè)支撐電容、A相上橋臂功率管、A 相下橋臂功率管、A相上橋臂續(xù)流二極管、A相下橋臂續(xù)流二極管、A相高頻整流橋、A相第一防直通濾波電感、A相第二防直通濾波電感、B相上橋臂功率管、B相下橋臂功率管、B相上橋臂續(xù)流二極管、B相下橋臂續(xù)流二極管、B相高頻整流橋、B相第一防直通濾波電感、B相第二防直通濾波電感、C相上橋臂功率管、C相下橋臂功率管、C相上橋臂續(xù)流二極管、C相下橋臂續(xù)流二極管、C相高頻整流橋、C相第一防直通濾波電感、C相第二防直通濾波電感， 其中直流側(cè)支撐電容的正極P分別與A相上橋臂功率管的上端、B相上橋臂功率管的上端、 C相上橋臂功率管的上端、A相上橋臂續(xù)流二極管的陰極、B相上橋臂續(xù)流二極管的陰極和 C相上橋臂續(xù)流二極管的陰極連接，直流側(cè)支撐電容的負(fù)極N分別與A相下橋臂功率管的下端、B相下橋臂功率管的下端、C相下橋臂功率管的下端、A相下橋臂續(xù)流二極管的陽(yáng)極、B相下橋臂續(xù)流二極管的陽(yáng)極和C相下橋臂續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接，A相上橋臂功率管的下端分別與A相上橋臂續(xù)流二極管的陽(yáng)極和A相高頻整流橋的第一輸入端連接，A相下橋臂功率管的上端分別與A相下橋臂續(xù)流二極管的陰極和A相高頻整流橋的第二輸入端連接， A相高頻整流橋的第一輸出端與A相第一防直通濾波電感的輸入端連接，A相高頻整流橋的第二輸出端與A相第二防直通濾波電感的輸入端連接，A相第一防直通濾波電感的輸出端與A相第二防直通濾波電感的輸出端連接，B相上橋臂功率管的下端分別與B相上橋臂續(xù)流二極管的陽(yáng)極和B相高頻整流橋的第一輸入端連接，B相下橋臂功率管的上端分別與B相下橋臂續(xù)流二極管的陰極和B相高頻整流橋的第二輸入端連接，B相高頻整流橋的第一輸出端與B相第一防直通濾波電感的輸入端連接，B相高頻整流橋的第二輸出端與B相第二防直通濾波電感的輸入端連接，B相第一防直通濾波電感的輸出端與B相第二防直通濾波電感的輸出端連接，C相上橋臂功率管的下端分別與C相上橋臂續(xù)流二極管的陽(yáng)極和C相高頻整流橋的第一輸入端連接，C相下橋臂功率管的上端分別與C相下橋臂續(xù)流二極管的陰極和C相高頻整流橋的第二輸入端連接，C相高頻整流橋的第一輸出端與C相第一防直通濾波電感的輸入端連接，C相高頻整流橋的第二輸出端與C相第二防直通濾波電感的輸入端連接，C相第一防直通濾波電感的輸出端與C相第二防直通濾波電感的輸出端連接。 其中，所述的三相變流器控制策略可以完全采用傳統(tǒng)三相橋式AC/DC變流器的空間矢量調(diào)制策略。其中，所述的三相變流器能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，即其既可以作為整流器運(yùn)行， 也可以作為逆變器運(yùn)行，也可以作為靜止無(wú)功補(bǔ)償器運(yùn)行。其中，所述的三相變流器交流側(cè)可以與三相電網(wǎng)相連，也可以與交流負(fù)載相連。其中，所述的三相上橋臂功率管和三相下橋臂功率管既可以是金屬氧化層半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管(MOSFET)，也可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。其中，所述的三相上橋臂續(xù)流二極管和三相下橋臂續(xù)流二極管既可以是功率管內(nèi)部體二極管或集成二極管，也可以是外接快恢復(fù)二極管。其中，組成所述三相高頻整流橋的二極管為快恢復(fù)二極管。本發(fā)明所述的一種三相變流器拓?fù)潆娐罚肯喙β使艽?lián)電感避免了橋臂直通問題，通過高頻整流橋進(jìn)行續(xù)流，不與功率管構(gòu)成續(xù)流回路。該拓?fù)錈o(wú)需在上下橋臂互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)加入死區(qū)，并避免了二極管續(xù)流時(shí)冗余開關(guān)信號(hào)造成的功率損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)變流器整流和逆變的自然切換，解決了傳統(tǒng)三相電壓源型變流器橋臂直通問題和雙降壓型變流器需屏蔽冗余開關(guān)信號(hào)以減小額外開關(guān)損耗以及過零點(diǎn)畸變的問題。


圖I是本發(fā)明所述的帶高頻整流橋的無(wú)死區(qū)三相變流器拓?fù)潆娐肥疽鈭D；圖2是本發(fā)明關(guān)鍵波形不意圖；圖3是本發(fā)明處于開關(guān)模態(tài)I時(shí)的工作原理圖；圖4是本發(fā)明處于開關(guān)模態(tài)2時(shí)的工作原理圖；圖5是本發(fā)明處于開關(guān)模態(tài)3時(shí)的工作原理圖；圖6是本發(fā)明處于開關(guān)模態(tài)4時(shí)的工作原理圖；圖7是本發(fā)明所述三相變流器能量雙向流動(dòng)SVPWM控制框圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，一種帶高頻整流橋的無(wú)死區(qū)三相變流器，包括直流側(cè)支撐電容Cin、A 相上橋臂功率管SpA相下橋臂功率管S2、A相上橋臂續(xù)流二極管DpA相下橋臂續(xù)流二極管 D2> A相高頻整流橋Bm、A相第一防直通濾波電感Lal、A相第二防直通濾波電感La2、B相上橋臂功率管S3、B相下橋臂功率管S4、B相上橋臂續(xù)流二極管D3、B相下橋臂續(xù)流二極管D4、 B相高頻整流橋BA、B相第一防直通濾波電感Lbl、B相第二防直通濾波電感Lb2、C相上橋臂功率管s5、C相下橋臂功率管S6、C相上橋臂續(xù)流二極管D5、C相下橋臂續(xù)流二極管D6、C相高頻整流橋Brc、c相第一防直通濾波電感Ld、C相第二防直通濾波電感Le2，其中直流側(cè)支撐電容Cin的正極P分別與A相上橋臂功率管S1的上端、B相上橋臂功率管S3的上端、C相上橋臂功率管S5的上端、A相上橋臂續(xù)流二極管D1的陰極、B相上橋臂續(xù)流二極管D3的陰極和C相上橋臂續(xù)流二極管D5的陰極連接，直流側(cè)支撐電容Cin的負(fù)極N分別與A相下橋臂功率管S2的下端、B相下橋臂功率管S4的下端、C相下橋臂功率管S6的下端、A相下橋臂續(xù)流二極管D2的陽(yáng)極、B相下橋臂續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極和C相下橋臂續(xù)流二極管D6的陽(yáng)極連接，A相上橋臂功率管S1的下端分別與A相上橋臂續(xù)流二極管D1的陽(yáng)極和A相高頻整流橋 Bra的第一輸入端連接，A相下橋臂功率管S2的上端分別與A相下橋臂續(xù)流二極管D2的陰極和A相高頻整流橋Bm的第二輸入端連接，A相高頻整流橋Bm的第一輸出端與A相第一防直通濾波電感Lal的輸入端連接，A相高頻整流橋Bra的第二輸出端與A相第二防直通濾波電感La2的輸入端連接，A相第一防直通濾波電感Lal的輸出端與A相第二防直通濾波電感 La2的輸出端連接，B相上橋臂功率管S3的下端分別與B相上橋臂續(xù)流二極管D3的陽(yáng)極和 B相高頻整流橋Brt的第一輸入端連接，B相下橋臂功率管S4的上端分別與B相下橋臂續(xù)流二極管D4的陰極和B相高頻整流橋的第二輸入端連接，B相高頻整流橋Ba的第一輸出端與B相第一防直通濾波電感Lbl的輸入端連接，B相高頻整流橋Ba的第二輸出端與B相第二防直通濾波電感Lb2的輸入端連接，B相第一防直通濾波電感Lbl的輸出端與B相第二防直通濾波電感Lb2的輸出端連接，C相上橋臂功率管S5的下端分別與C相上橋臂續(xù)流二極管D5的陽(yáng)極和C相高頻整流橋的第一輸入端連接，C相下橋臂功率管S6的上端分別與 C相下橋臂續(xù)流二極管D6的陰極和C相高頻整流橋Brc的第二輸入端連接，C相高頻整流橋 Brc的第一輸出端與C相第一防直通濾波電感Lca的輸入端連接，C相高頻整流橋Brc的第二輸出端與C相第二防直通濾波電感Le2的輸入端連接，C相第一防直通濾波電感Lca的輸出端與C相第二防直通濾波電感Le2的輸出端連接。圖2為本發(fā)明帶高頻整流橋的無(wú)死區(qū)三相AC/DC變流器關(guān)鍵波形示意圖。電壓電流參考方向如圖I所示，^為A相交流側(cè)電流，ial為流過A相第一防直通濾波電感Lal的電流，ia2為流過A相第二防直通濾波電感Lb2的電流，ib為B相交流側(cè)電流， ibl為流過B相第一防直通濾波電感Lbl的電流，ib2為流過B相第二防直通濾波電感Lb2的電流，i。為C相交流側(cè)電流，icl為流過C相第一防直通濾波電感Lcl的電流，ic2為 流過C相第二防直通濾波電感Le2的電流。則一個(gè)交流側(cè)工頻周期內(nèi)可劃分為四種工作模態(tài)，變流器各相工作模態(tài)相同，以A相為例，有ia = ial-ia2 (I)
忽略高頻紋波，令
權(quán)利要求
1.一種帶高頻整流橋的無(wú)死區(qū)三相變流器，其特征在于包括直流側(cè)支撐電容(Cin)、A 相上橋臂功率管(S1)、A相下橋臂功率管(S2)、A相上橋臂續(xù)流二極管(D1)、A相下橋臂續(xù)流二極管(D2)、A相高頻整流橋(Bra)、A相第一防直通濾波電感(Lal)、A相第二防直通濾波電感(La2)、B相上橋臂功率管(S3)、B相下橋臂功率管(S4)、B相上橋臂續(xù)流二極管(D3)、B相下橋臂續(xù)流二極管(D4)、B相高頻整流橋(Ba)、B相第一防直通濾波電感(Lbl)、B相第二防直通濾波電感(Lb2)、C相上橋臂功率管(S5)、C相下橋臂功率管(S6)、C相上橋臂續(xù)流二極管(D5)、C相下橋臂續(xù)流二極管(D6)、C相高頻整流橋(BM)、C相第一防直通濾波電感(Lca)、 C相第二防直通濾波電感(Le2)，其中直流側(cè)支撐電容(Cin)的正極P分別與A相上橋臂功率管(S1)的上端、B相上橋臂功率管(S3)的上端、C相上橋臂功率管(S5)的上端、A相上橋臂續(xù)流二極管(D1)的陰極、B相上橋臂續(xù)流二極管(D3)的陰極和C相上橋臂續(xù)流二極管(D5) 的陰極連接，直流側(cè)支撐電容(Cin)的負(fù)極N分別與A相下橋臂功率管(S2)的下端、B相下橋臂功率管(S4)的下端、C相下橋臂功率管(S6)的下端、A相下橋臂續(xù)流二極管(D2)的陽(yáng)極、B相下橋臂續(xù)流二極管(D4)的陽(yáng)極和C相下橋臂續(xù)流二極管(D6)的陽(yáng)極連接，A相上橋臂功率管(S1)的下端分別與A相上橋臂續(xù)流二極管(D1)的陽(yáng)極和A相高頻整流橋(Bm) 的第一輸入端連接，A相下橋臂功率管(S2)的上端分別與A相下橋臂續(xù)流二極管(D2)的陰極和A相高頻整流橋(Bm)的第二輸入端連接，A相高頻整流橋(Bra)的第一輸出端與A相第一防直通濾波電感(Lal)的輸入端連接，A相高頻整流橋(Bm)的第二輸出端與A相第二防直通濾波電感(La2)的輸入端連接，A相第一防直通濾波電感(Lal)的輸出端與A相第二防直通濾波電感(La2)的輸出端連接，B相上橋臂功率管(S3)的下端分別與B相上橋臂續(xù)流二極管(D3)的陽(yáng)極和B相高頻整流橋(Ba)的第一輸入端連接，B相下橋臂功率管(S4) 的上端分別與B相下橋臂續(xù)流二極管(D4)的陰極和B相高頻整流橋(Brt)的第二輸入端連接，B相高頻整流橋(BJ的第一輸出端與B相第一防直通濾波電感(Lbl)的輸入端連接，B 相高頻整流橋(BJ的第二輸出端與B相第二防直通濾波電感(Lb2)的輸入端連接，B相第一防直通濾波電感(Lbl)的輸出端與B相第二防直通濾波電感(Lb2)的輸出端連接，C相上橋臂功率管(S5)的下端分別與C相上橋臂續(xù)流二極管(D5)的陽(yáng)極和C相高頻整流橋(Bre) 的第一輸入端連接，C相下橋臂功率管(S6)的上端分別與C相下橋臂續(xù)流二極管(D6)的陰極和C相高頻整流橋(Bm)的第二輸入端連接，C相高頻整流橋(Brc)的第一輸出端與C相第一防直通濾波電感(Lca)的輸入端連接，C相高頻整流橋(Bm)的第二輸出端與C相第二防直通濾波電感(LJ的輸入端連接，C相第一防直通濾波電感(LJ的輸出端與C相第二防直通濾波電感(LJ的輸出端連接。
2.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述的三相變流器控制策略可以完全采用傳統(tǒng)三相橋式AC/DC變流器的空間矢量調(diào)制策略。
3.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述的三相變流器能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，即其既可以作為整流器運(yùn)行，也可以作為逆變器運(yùn)行，也可以作為靜止無(wú)功補(bǔ)償器運(yùn)行。
4.如權(quán)利要求1、3所述的電路，其特征在于，所述的三相變流器交流側(cè)可以與三相電網(wǎng)相連，也可以與交流負(fù)載相連。
5.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述的三相上橋臂功率管和三相下橋臂功率管是既可以金屬氧化層半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管(MOSFET)，也可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
6.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述的三相上橋臂續(xù)流二極管和三相下橋臂續(xù)流二極管既可以是功率管內(nèi)部體二極管或集成二極管，也可以是外接快恢復(fù)二極管。
7.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，組成所述三相高頻整流橋的二極管為快恢復(fù)二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶高頻整流橋的無(wú)死區(qū)三相變流器，屬于三相交直流變換領(lǐng)域。具體涉及一種無(wú)死區(qū)三相變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，目的是應(yīng)用于中高功率場(chǎng)合。在與傳統(tǒng)三相橋式變流器采用相同的空間矢量控制算法的情況下減小交流側(cè)的電流諧波含量，降低濾波器的規(guī)格，并能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)與自然切換，不造成額外的開關(guān)損耗。該變流器包括直流側(cè)支撐電容、三相上橋臂功率管、三相下橋臂功率管、三相上橋臂續(xù)流二極管、三相下橋臂續(xù)流二極管、三相高頻整流橋、三相第一防直通濾波電感、三相第二防直通濾波電感。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)三相電壓源型橋式變流器的橋臂功率管直通問題和雙降壓型變流器需屏蔽冗余開關(guān)信號(hào)以減小額外開關(guān)損耗以及過零點(diǎn)畸變的問題。
文檔編號(hào)H02M7/797GK102624277SQ20121011394
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者王勤, 田洋天, 肖嵐, 鄭昕昕 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)