单相高频链矩阵式整流器的新型单极性倍频SPWM调制方法技术

一种单相高频链矩阵式整流器的新型单极性倍频SPWM调制方法，单相高频链矩阵式整流器拓扑由交流输入电压Us、LC输入滤波器、矩阵变换器、高频变压器、后级不控二极管、L型滤波器、负载Rdc依次连接构成。所述调制方法是两个正负正弦调制波与同一个三角载波信号进行比较，调制生成四个SPWM波，再进行结耦，即与高频方波信号Vp和Vn进行“与”逻辑合成后得到八路驱动波，再进行“或”逻辑合成得到四路Sah、Sal、Sbh、Sbl驱动波，即Snal和Spah共用一个驱动信号Sah，Snah和Spal共用一个驱动信号Sal，Snbl和Spbh共用一个驱动信号Sbh，Snbh和Spbl共用一个驱动信号Sbl。本方法可解决因变压器漏感的存在导致的原边电流ip没有流通路径而产生原边电压尖峰的问题。并且有较少开关损耗和较好的输出电压波形质量。

A new unipolar frequency doubling SPWM modulation method for single phase high frequency link matrix rectifier

A new unipolar SPWM modulation method for single-phase high-frequency link matrix type rectifier, single-phase high-frequency link matrix type rectifier topology by the AC input voltage Us, LC input filter, matrix converter, high-frequency transformer, secondary uncontrolled diode, L filter, Rdc load connected successively to form a. The modulation method is compared with two positive and negative sine wave with a triangular carrier modulation signal, generates four SPWM wave, then the node coupling, that is \with high frequency square wave signal Vp and Vn and logic synthesis obtained after eight road driving wave, and then a\ or \logic synthesis four Sah, Sal, Sbh, Sbl, Snal and Spah wave drive, a common driving signal of Sah, Snah and Spal share a driving signal of Sal, Snbl and Spbh share a driving signal of Sbh, Snbh and Spbl share a drive signal Sbl. The method can solve the problem that the primary side current IP has no circulating path to generate the primary side voltage spikes due to the existence of the transformer leakage inductance. And there is less switching loss and good output voltage waveform quality.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子矩阵变换器调制及控制领域，特别是针对于单相电流型高频链矩阵式整流器的调制方法。
技术介绍
矩阵整流器是由AC-AC矩阵式变换器演化而来，相比较传统整流器和双向整流器，它具有输入电流为标准正弦，输入侧可实现单位功率因数，不需要大容量储能元件，只需要在输入输出侧加上滤除高次谐波的小容量滤波器即可，体积小，重量轻等优点。高频链整流器采用高频变压器替代工频变压器克服了传统变压器体积大、噪声大、成本高等缺点。高频链矩阵式变换器吸取了高频链和矩阵式变换器所具有的优点，是两者的融合体。矩阵整流器与传统整流器相比，没有中间储能环节，结构紧凑、体积小、效率高，采用双向开关，可以实现能量的双向流动，且输出电压幅值和频率可以独立控制。由于高频变压器漏感的存在，高频链矩阵式变换器换流时，在变压器副边矩阵变换器的开关管上会引起较大的电压过冲，因此矩阵变换器的安全换流一直是制约高频链变换器实现大范围推广的技术难点。常见的换流策略有四步换流策略、基于变换器输入侧线电压极性的两步换流策略，以及基于变换器输入侧线电压极性和负载电流方向的一步换流策略。然而，上述策略虽然能够实现安全换流，但造成矩阵变换器的调制和控制较为复杂，并且换流不自然、开关损耗大、输出电压波形质量较差。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种控制简单、自然换流、开关损耗小、有较好的输出电压波形质量的单极倍频SPWM电流型解结耦调制方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术中涉及的单相高频链矩阵式变换器是由交流输入电压Us、LC输入滤波器、矩阵变换器、高频变压器T、后级不控二极管整流桥、L型滤波器、电阻Rdc依次连接构成；其中，LC输入滤波器由电感Lf、电阻Rs和电容Cf组成；矩阵式变换器由可控开关管Spah、可控开关管Spal、可控开关管Spbh、可控开关管Spbl、可控开关管Snah、可控开关管Snal、可控开关管Snbh、可控开关管Snbl组成；后级不控二极管整流桥由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成；L型滤波器为电感Ldc；交流输入电压Us的一端与电感Lf的一端连接，电感Lf的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端分别与电容Cf一端、可控开关管Spah集电极、可控开关管Snah集电极连接；交流输入电压Us的另一端分别与电容Cf另一端、可控开关管Snbh集电极、可控开关管Spbh集电极连接；可控开关管Spah的发射极与可控开关管Snal发射极连接，可控开关管Snal集电极分别与可控开关管Snbl集电极、高频变压器T左侧绕组顶端连接，可控开关管Snbl发射极与可控开关管Spbh发射极连接；可控开关管Snah发射极与可控开关管Spal发射极连接，可控开关管Spal集电极分别与可控开关管Spbl集电极、高频变压器T左侧绕组底端连接，可控开关管Spbl发射极与可控开关管Snbh发射极连接；高频变压器T右侧绕组顶端与二极管D1阳极、二极管D2阴极连接；高频变压器T右侧绕组底端与二极管D3阳极、二极管D4阴极连接；二极管D1阴极分别与二极管D3阴极、电感Ldc一端连接；二极管D2阳极分别与二极管D4阳极、电阻Rdc一端连接；电阻Rdc另一端与电感Ldc另一端连接；所述调制方法是将两个正负的50HZ正弦调制波与同一个三角载波信号进行比较，调制生成四个SPWM波，再进行结耦，即与高频方波信号Vp和Vn进行“与”逻辑合成后得到八路驱动波，再进行“或”逻辑合成得到四路Sah、Sal、Sbh、Sbl驱动波，即Snal和Spah共用一个驱动信号Sah，Snah和Spal共用一个驱动信号Sal，Snbl和Spbh共用一个驱动信号Sbh，Snbh和Spbl共用一个驱动信号Sbl。交流输入电压Us的一端与电感Lf的一端连接，电感Lf的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端分别与电容Cf一端、可控开关管Spah集电极、可控开关管Snah集电极连接；交流输入电压Us的另一端分别与电容Cf另一端、可控开关管Snbh集电极、可控开关管Spbh集电极连接；可控开关管Spah的发射极与可控开关管Snal发射极连接，可控开关管Snal集电极分别与可控开关管Snbl集电极、高频变压器T左侧绕组顶端连接，可控开关管Snbl发射极与可控开关管Spbh发射极连接；可控开关管Snah发射极与可控开关管Spal发射极连接，可控开关管Spal集电极分别与可控开关管Spbl集电极、高频变压器T左侧绕组底端连接，可控开关管Spbl发射极与可控开关管Snbh发射极连接；高频变压器T右侧绕组顶端与二极管D1阳极、二极管D2阴极连接；高频变压器T右侧绕组底端与二极管D3阳极、二极管D4阴极连接；二极管D1阴极分别与二极管D3阴极、电感Ldc一端连接；二极管D2阳极分别与二极管D4阳极、电阻Rdc一端连接；电阻Rdc另一端与电感Ldc另一端连接；所述调制方法是将两个正负的50HZ正弦调制波与同一个三角载波信号进行比较，调制生成四个SPWM波，再进行结耦，即与高频方波信号Vp和Vn进行“与”逻辑合成后得到八路驱动波，再进行“或”逻辑合成得到四路Sah、Sal、Sbh、Sbl驱动波，即Snal和Spah共用一个驱动信号Sah，Snah和Spal共用一个驱动信号Sal，Snbl和Spbh共用一个驱动信号Sbh，Snbh和Spbl共用一个驱动信号Sbl。本专利技术所述调制方法是将两个正负的50HZ正弦调制波与同一个三角载波信号进行比较，调制生成四个SPWM波，再进行结耦，即与高频方波信号Vp和Vn进行“与”逻辑合成后得到八路驱动波，再进行“或”逻辑合成得到四路Sah、Sal、Sbh、Sbl驱动波，即Snal和Spah共用一个驱动信号Sah，Snah和Spal共用一个驱动信号Sal，Snbl和Spbh共用一个驱动信号Sbh，Snbh和Spbl共用一个驱动信号Sbl。进一步的，单相高频链矩阵式变换器可以解耦成两个方向相反的普通电流型整流器，即正组和反组整流器；正组整流器工作时可控开关管Spah、Spal、Spbh、Spbl动作，相当于反组整流器开关管处于关断状态；反组整流器工作时可控开关管Snah、Snal、Snbh、Snbl动作，相当于正组整流器开关管处于关断状态。与现有技术相比，本专利技术方法具有如下优点：1、可以实现单相高频链整流器网侧电流正弦化、单位功率因数以及输出大范围的直流电压。2、实现单相高频链矩阵整流器前级矩阵变换器开关管的安全换流，使变压器的漏感能量得到释放，消除了因漏感电流的存在变压器产生的电压尖峰，减小了开关损耗。3、调制方法谐波抑制能力强，输出的电压脉动频率是单极性频率不加倍调制方式下电压脉动频率的2倍，但是开关管的频率并不加倍，因此开关管的损耗并没有增加，有效改善了输出电压波形质量。4、通过单极倍频SPWM调制进行简单的“与或”逻辑合成去驱动开关管，控制方式简单易于实现、改善了系统性能、提高了整机效率。附图说明图1为本专利技术所用单相电流型高频链矩阵式整流器电路拓扑图。图2为单相电流型高频链矩阵式整流器解耦图。图3为本专利技术方法的系统原理框图。图4为单相电流型单极倍频解结耦SPWM“与或”逻辑的驱动信号生成图。图5为单相单极倍频SPWM“与或”逻辑电流型解结耦的调制原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相高频链矩阵式整流器的新型单极性倍频SPWM调制方法，其特征在于：单相高频链矩阵式变换器由交流输入电压Us、LC输入滤波器、矩阵变换器、高频变压器T、后级不控二极管整流桥、L型滤波器、电阻Rdc依次连接构成；其中，LC输入滤波器由电感Lf、电阻Rs和电容Cf组成；矩阵式变换器由可控开关管Spah、可控开关管Spal、可控开关管Spbh、可控开关管Spbl、可控开关管Snah、可控开关管Snal、可控开关管Snbh、可控开关管Snbl组成；后级不控二极管整流桥由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成；L型滤波器为电感Ldc；交流输入电压Us的一端与电感Lf的一端连接，电感Lf的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端分别与电容Cf一端、可控开关管Spah集电极、可控开关管Snah集电极连接；交流输入电压Us的另一端分别与电容Cf另一端、可控开关管Snbh集电极、可控开关管Spbh集电极连接；可控开关管Spah的发射极与可控开关管Snal发射极连接，可控开关管Snal集电极分别与可控开关管Snbl集电极、高频变压器T左侧绕组顶端连接，可控开关管Snbl发射极与可控开关管Spbh发射极连接；可控开关管Snah发射极与可控开关管Spal发射极连接，可控开关管Spal集电极分别与可控开关管Spbl集电极、高频变压器T左侧绕组底端连接，可控开关管Spbl发射极与可控开关管Snbh发射极连接；高频变压器T右侧绕组顶端与二极管D1阳极、二极管D2阴极连接；高频变压器T右侧绕组底端与二极管D3阳极、二极管D4阴极连接；二极管D1阴极分别与二极管D3阴极、电感Ldc一端连接；二极管D2阳极分别与二极管D4阳极、电阻Rdc一端连接；电阻Rdc另一端与电感Ldc另一端连接；所述调制方法是将两个正负的50HZ正弦调制波与同一个三角载波信号进行比较，调制生成四个SPWM波，再进行结耦，即与高频方波信号Vp和Vn进行“与”逻辑合成后得到八路驱动波，再进行“或”逻辑合成得到四路Sah、Sal、Sbh、Sbl驱动波，即Snal和Spah共用一个驱动信号Sah，Snah和Spal共用一个驱动信号Sal，Snbl和Spbh共用一个驱动信号Sbh，Snbh和Spbl共用一个驱动信号Sbl。...

【技术特征摘要】
1.一种单相高频链矩阵式整流器的新型单极性倍频SPWM调制方法，其特征在于：单相高频链矩阵式变换器由交流输入电压Us、LC输入滤波器、矩阵变换器、高频变压器T、后级不控二极管整流桥、L型滤波器、电阻Rdc依次连接构成；其中，LC输入滤波器由电感Lf、电阻Rs和电容Cf组成；矩阵式变换器由可控开关管Spah、可控开关管Spal、可控开关管Spbh、可控开关管Spbl、可控开关管Snah、可控开关管Snal、可控开关管Snbh、可控开关管Snbl组成；后级不控二极管整流桥由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成；L型滤波器为电感Ldc；交流输入电压Us的一端与电感Lf的一端连接，电感Lf的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端分别与电容Cf一端、可控开关管Spah集电极、可控开关管Snah集电极连接；交流输入电压Us的另一端分别与电容Cf另一端、可控开关管Snbh集电极、可控开关管Spbh集电极连接；可控开关管Spah的发射极与可控开关管Snal发射极连接，可控开关管Snal集电极分别与可控开关管Snbl集电极、高频变压器T左侧绕组顶端连接，可控开关管Snbl发射极与可控开关管Spbh发射极连接；可控开关管Snah发射极与可控开关管Spal发射极连接，可控开关管Spal集电极分别与可控开关管Spbl集电极、高频变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫朝阳，李春蕾，刘爽，赵丁选，梁晨阳，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13