一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路及其调制方法技术

本发明专利技术公开一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路及其调制方法，包括整流器电路的直流侧负载，直流侧串联电容，交流侧滤波电感，平衡桥臂电感，四组由两个带反并二极管的全控型主开关构成的桥臂，在直流侧母线电容和四组桥臂的母线之间接入包含反并联二极管的辅助开关，箝位电容以及谐振电感组成的谐振支路，主开关和辅助开关两端并联电容。本发明专利技术将辅助开关与主开关的脉冲信号进行同步，能够在每个开关周期内实现所有开关的零电压开通，有效抑制主开关反并联二极管的反向恢复电流，开关损耗小，电路效率高，有利于提高开关频率，提升系统功率密度。

A three phase four wire zero voltage switching rectifier circuit with balanced bridge arm and its modulation method

The invention discloses a three-phase bridge arm of the four line with zero voltage switching rectifier circuit and modulation method, including the DC side of the rectifier circuit load, DC side series capacitance, inductance in AC side filter, balance arm inductor, four group by two with full control of the main switch diode composed of bridge arm the auxiliary switch, including anti parallel diode in the access between the bus DC bus capacitor and four bridge arm, resonant branch clamp capacitor and the resonant inductance component of the main switch and auxiliary switch ends of parallel capacitor. The pulse signal of the invention the auxiliary switch and main switch can synchronize in a switching cycle to achieve zero voltage switch all opened, reverse inhibit the main switch of the anti parallel diode recovery current, low switching loss, high circuit efficiency, is beneficial to improve the switching frequency, improve the system power density.

【技术实现步骤摘要】
一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路及其调制方法
本专利技术涉及整流器
，尤其涉及一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路及其调制方法。
技术介绍
传统的带平衡桥臂的两电平三相四线PWM整流器包括六个含反并联二极管的全控主开关(S1～S6)组成的三相桥臂，接在各相桥臂输出中点与电网之间的三个输入滤波电感(La，Lb，Lc)，接在三相桥臂输出侧直流母线正负端之间的两个直流母线电容(C1，C2)，接在正负母线之间的含反并联二极管的全控主开关(S8，S9)组成的第平衡桥臂以及跨接在平衡桥臂中点与母线电容中点的平衡电感Lbal，接在正负母线电容中点及电网中性点的中线。电路工作在硬开关状态，存在二极管反向恢复现象，换流器件开关损耗大，限制了工作频率的提高，导致需采用较大的滤波器，降低了电路效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种减小开关损耗，提高电路效率的带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路及其调制方法。本
技术实现思路
的一个方面，提供一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路，如图1所示，包括直流侧串联负载R1和R2，直流侧串联电容组C1和C2，以及四组桥臂；每组桥臂由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S1、S4和D1、D4，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S3、S6和D3、D6，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S5、S2和D5、D2，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S8、S9和D8、D9，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中点分别通过输入滤波电感La、Lb、Lc各自与a相、b相、c相交流电网连接，第四桥臂的中点通过平衡电感Lbal与上述直流侧串联电容组C1和C2的中点相连，上述四组桥臂上开关的集电极以及下开关的发射极分别并联形成桥臂正母线和负母线，正母线与直流侧电容组之间接入由包含并联二极管D7的辅助开关S7与箝位电容Cc构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感Lr，电网的零线与直流侧串联电容组C1和C2的中点及直流侧串联负载R1和R2的中点连接，各开关S1～S9的集电极与发射极两端分别并联一个谐振电容Cr1～Cr9。本
技术实现思路
的另一个方面，提供一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路的调制方法，如图2所示，包括三相主开关比较值计算模块、平衡桥臂开关比较值计算模块、辅助开关比较值计算模块、下降锯齿波产生模块、第一PWM产生模块、第二PWM产生模块、第三PWM产生模块、第四PWM产生模块、第一比较器、第一延时模块；以上模块对三相桥臂主开关S1～S6、平衡桥臂开关S8、S9以及辅助开关S7进行零电压开关调制。三相主开关比较值模块用于产生三相主桥臂的调制波信号ma、mb和mc，平衡桥臂开关比较值计算模块用于产生平衡桥臂的调制波信号mbal，辅助开关比较值计算模块用于产生辅助管的占空比信号Daux，其中Daux与箝位电容Cc两端电压Ucc以及直流侧串联电容组两端的电压Uo满足以下关系：Daux＝Uo/(Uo+Ucc)下降锯齿波产生模块用于产生下降锯齿波信号Vsaw，其周期为Ts，第一PWM产生模块的输入分别为a相电流ia、调制波信号ma以及下降锯齿波信号Vsaw，输出为开关管S1和S4的驱动信号Vg1和Vg4，第二PWM产生模块的输入分别为b相电流ib、调制波信号mb以及下降锯齿波信号Vsaw，输出为开关管S3和S6的驱动信号Vg3和Vg6，第三PWM产生模块的输入分别为c相电流ic、调制波信号mc以及下降锯齿波信号Vsaw，输出为开关管S5和S2的驱动信号Vg5和Vg2，第四PWM产生模块的输入分别为平衡桥臂电感电流ibal、调制波信号mbal以及下降锯齿波信号Vsaw，输出为开关管S8和S9的驱动信号Vg8和Vg9，第一比较器的正端接辅助开关比较值计算模块的输出Daux，负端接下降锯齿波产生模块的输出信号Vsaw，第一比较器的输出作为第一延时模块的输入，第一延时模块的输出为辅助开关管S7的驱动信号Vg7。上述的第一PWM产生模块、第二PWM产生模块、第三PWM产生模块和第四PWM产生模块为同一类型的模块，具有相同的结构，如图3所示；该类型模块均包括：比较器Ⅰ、比较器Ⅱ、电流方向检测模块、第一选择器、第一反相器、第一上升沿延时模块和第二上升沿延时模块；且包含三个输入信号：电流信号i、调制比信号m和下降锯齿波信号Vsaw，两个输出信号：Vup，Vdown；比较器Ⅰ的正端输入为调制比信号m，负端输入为下降锯齿波信号Vsaw，比较器Ⅱ的正端输入为下降锯齿波信号Vsaw，负端输入为调制比信号m，比较器Ⅰ和比较器Ⅱ的输出分别作为第一选择器的输入，电流方向检测模块的输入信号为电流信号i，电流方向检测模块的输出作为第一选择器的选择控制信号，当电流信号i方向为正时，第一选择器选择接通比较器I，当电流信号i方向为负时，第一选择器选择接通比较器Ⅱ，第一选择器的输出同时作为第一上升沿延时模块和第一反相器的输入，第一反相器的输出作为第二上升沿延时模块的输入信号，第一上升沿延时模块和第二上升沿延时模块的输出分别作为整个PWM产生模块的输出信号Vup和Vdown，Vup作为相应桥臂的上开关管的驱动信号，Vdown作为相应桥臂的下开关管的驱动信号。上述的第一延时模块功能为：对输入信号延时Td1时间后输出，第一上升沿延时模块与第二上升沿延时模块具有相同的功能，它们的功能为：对上升沿信号延时Td2时间后输出，上述延时时间Td1与Td2满足：Td2-Td1＞Tr，其中Tr为第一谐振时间，其表达式为：其中，Lr为谐振电感的感值，Cr为等效谐振电容，满足：Cr＝5C，其中谐振电容Cr1～Cr9每个电容相等，容值为C。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：采用本专利技术的带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路及其调制方法，能实现工频周期内全范围零电压开关，该变换器中箝位二极管的反向恢复得到抑制，减少了电磁干扰。电路中所有功率开关器件实现软开关，开关损耗小，电路效率高，有利于提高工作频率，进而提高功率密度。附图说明图1为带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路。图2为带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路的调制方式实现方法框图。图3为带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路的调制方式实现方法框图中PWM产生模块的具体实现方法框图。图4为一个工频周期内根据三相输入电流波形划分的六个工作区间示意图。图5为本专利技术在区间I中的脉冲控制时序图。图6～19为本专利技术在区间I中一个开关周期的各阶段的工作等效电路。图20为本专利技术在区间I中一个开关周期的主要工作电压和电流波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。参照图1，带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路包括直流侧串联负载R1和R2，直流侧串联电容组C1和C2，以及四组桥臂；每组桥臂由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S1、S4和D1、D4，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S3、S6和D3、D6，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S5、S2和D5、D2，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S8、S9和D8、D9，所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路，其特征在于：所述带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路包括直流侧串联负载R1和R2，直流侧串联电容组C1和C2，以及四组桥臂；每组桥臂由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S1、S4和D1、D4，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S3、S6和D3、D6，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S5、S2和D5、D2，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S8、S9和D8、D9，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中点分别通过输入滤波电感La、Lb、Lc各自与a相、b相、c相交流电网连接，第四桥臂的中点通过平衡电感Lbal与上述直流侧串联电容组C1和C2的中点相连，上述四组桥臂上开关的集电极以及下开关的发射极分别并联形成桥臂正母线和负母线，正母线与直流侧电容组之间接入由包含并联二极管D7的辅助开关S7与箝位电容Cc构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感Lr，电网的零线与直流侧串联电容组C1和C2的中点及直流侧串联负载R1和R2的中点连接，各开关S1～S9的集电极与发射极两端分别并联一个谐振电容Cr1～Cr9。...

【技术特征摘要】
1.一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路，其特征在于：所述带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路包括直流侧串联负载R1和R2，直流侧串联电容组C1和C2，以及四组桥臂；每组桥臂由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S1、S4和D1、D4，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S3、S6和D3、D6，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S5、S2和D5、D2，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S8、S9和D8、D9，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中点分别通过输入滤波电感La、Lb、Lc各自与a相、b相、c相交流电网连接，第四桥臂的中点通过平衡电感Lbal与上述直流侧串联电容组C1和C2的中点相连，上述四组桥臂上开关的集电极以及下开关的发射极分别并联形成桥臂正母线和负母线，正母线与直流侧电容组之间接入由包含并联二极管D7的辅助开关S7与箝位电容Cc构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感Lr，电网的零线与直流侧串联电容组C1和C2的中点及直流侧串联负载R1和R2的中点连接，各开关S1～S9的集电极与发射极两端分别并联一个谐振电容Cr1～Cr9。2.一种带平衡桥臂的三相四线零电压开关整流器电路的调制方法，其特征在于，包括三相主开关比较值计算模块1、平衡桥臂开关比较值计算模块(2)、辅助开关比较值计算模块(3)、下降锯齿波产生模块(4)、第一PWM产生模块(5)、第二PWM产生模块(6)、第三PWM产生模块(7)、第四PWM产生模块(8)、第一比较器(9)、第一延时模块(10)；以上模块对三相桥臂主开关S1～S6、平衡桥臂开关S8、S9以及辅助开关S7进行零电压开关调制；三相主开关比较值模块(1)用于产生三相主桥臂的调制波信号ma、mb和mc，平衡桥臂开关比较值计算模块(2)用于产生平衡桥臂的调制波信号mbal，辅助开关比较值计算模块用于产生辅助管的占空比信号Daux，下降锯齿波产生模块用于产生下降锯齿波信号Vsaw，其周期为Ts，第一PWM产生模块的输入分别为a相电流ia、调制波信号ma以及下降锯齿波信号Vsaw，输出为开关管S1和S4的驱动信号Vg1和Vg4，第二PWM产生模块的输入分别为b相电流ib、调制波信号mb以及下降锯齿波信号Vsaw，输出为开关管S3和S6的驱动信号Vg3和Vg6，第三PWM产生模块的输入分别为c相电流ic、调制波信号mc以及下降锯齿波信号Vsaw，输出为开关管S5和S2的驱动信号Vg5和Vg2，第四PWM产生模块的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐德鸿，施科研，赵安，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33