基于空间矢量调制的三相整流转换器PWM方案制造技术

本发明专利技术提供了一种矩阵整流器，包括由相A和相B构成的桥x和由相A和相C构成的桥y，其中每个输入相A，B和C包括两个串联连接的双向开关。本发明专利技术的操作所述矩阵整流器的方法包括在所述输入相A，B和C的两个连续的零电压交叉点之间的每个60°间隔中，将所述桥x和桥y作为独立的全桥相移转换器来进行操作。在每个60°间隔的第一个30°区间中，所述桥x和桥y在每个开关周期中以第一矢量顺序被操作，所述第一矢量顺序被分为

PWM scheme of three phase rectifier converter based on space vector modulation

The present invention provides a matrix rectifier, including a bridge x composed of phase A and phase B and a bridge y composed of phase A and phase C, each of which consists of two bidirectional switches connected in series. The method of the operation of the present invention includes the operation of the bridge X and the bridge y as an independent full bridge phase shift converter in each 60 degree interval between the two continuous zero voltage crossover points of the input phase A, B and C. In the first 30 degree interval at each 60 degree interval, the bridge X and the bridge y are operated in the first vector order in each switch period, and the first vector sequence is divided into the first vector sequence.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于空间矢量调制的三相整流转换器PWM方案
本专利技术涉及基于空间矢量调制(SVM)的三相整流转换器脉宽调整(PWM)方案。
技术介绍
当需要减小转换器的尺寸和重量时，要以高频率进行电气隔离。典型地，单级功率转换可以通过直接矩阵型功率因数校正(PFC)整流器来实现，该直流矩阵型功率因数校正(PFC)整流器将工业频率交流电压直接转换成供应给高频隔离变压器的高频交流电压，并且其次级电压被整流成所需的直流输出电压。图1显示了一个三相单级隔离式高频PWM矩阵整流器。图1所示的电路既可以利用本节中讨论的已知PWM方案，也可以利用根据在下面的具体实施方案部分中讨论的本专利技术的优选实施例的新型PWM方案来使用。图1显示了一个隔离式矩阵整流器。在图1的描述中，“线路侧”、“电网侧”和“初级侧”是指在变压器Tr的左侧与A，B，C每一相的线电压va、vb、vc相连接的部分的电路，而“负载侧”和“次级侧”是指在变压器Tr的右侧与输出电压Vo相连接的部分的电路，即，负载。在线路侧，三相交流电流合并为单相交流电流，在负载侧，单相交流电流由二极管D1至D4整流，以提供直流电流。图1的隔离式矩阵整流器包括：滤波电感器Lf和滤波电容器Cf，滤波电感器Lf和滤波电容器Cf构成了减小总谐波失真(THD)的线路侧滤波器；以桥接方式布置成3相-1相矩阵转换器的双向开关S1至S6；在线路侧电路和负载侧电路之间提供高电压隔离的变压器Tr；以桥接方式布置以提供输出整流的四个二极管D1到D4；以及构成用于输出电压的滤波器的输出电感器Lo和输出电容器Co。在此隔离式矩阵整流器中，双向开关用于在任一方向上打开或关闭电流路径。如图1所示，双向开关包括串联连接的两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。由于MOSFET的反并联二极管，MOSFET只能关断一个方向的电流。通过以源极对源极或漏极对漏极的方式连接两个MOSFET，可以实现双向开关。如果使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)，则两个IGBT可以并联或串联连接，来构成双向开关。在等人的文章“AZero-VoltageSwitched,Three-phaseIsolatedPWMBuckRectifier(零电压开关三相隔离式PWM降压整流器)”(IEEETrans.PowerElectron.,Vol.10,No.2,1995年3月，第148-157页)中，介绍了一种如图1所示的现有的三相单级隔离式高频PWM整流器。图1所示的PWM整流器能够对所有功率半导体器件进行功率因数校正(单位功率因数)，低谐波电流失真以及实现零电压开关(ZVS)。图1中的电容C21和C11是可用于ZVS的寄生电容。等人的现有转换器使用两个全桥相移(FB-PS)转换器子拓扑，相A和B构成“转换器x”(也可以称为桥x)，相A和C构成“转换器y”(其中也可以称为桥y)。转换器x和y在开关周期内交替操作。每个转换器都有一个串联电感器，其降低了有效占空比并延长换相时间，从而产生更大的电流纹波和更大的输出电感。上述占空比损失限制了转换器在更高开关频率下的操作，这导致转换效率和功率密度降低。当轻负载情况下需要大的漏电感来扩展ZVS时，等人的现有PWM方案与本专利技术的优选实施例的PWM方案相比，产生更大的THD。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术的优选实施例提供了这样一种PWM方案，其中占空比损失显著减小(其防止有效占空比的减小)，在轻负载期间提高效率，峰值输出电感器电流纹波显著减少，并且线路侧电流的总THD显著降低。本专利技术的优选实施例提供了一种操作矩阵整流器的方法。所述矩阵整流器包括：输入相A，B和C，所述输入相A，B和C中的每个相包括两个串联连接的双向开关；连接到所述输入相A，B和C的变压器；连接到所述变压器的整流桥；由相A和相B构成的桥x；以及由相A和相C构成的桥y。该操作所述矩阵转换器的方法包括在所述输入相A，B和C的两个连续的零电压交叉点之间的每个60°间隔中，将所述桥x和桥y作为独立的全桥相移转换器来进行操作。在每个60°间隔的第一个30°区间中，所述桥x和桥y在每个开关周期中以第一矢量顺序被操作，其中每个矢量表示所述双向开关的开关状态；并且所述第一矢量顺序被分为的顺序，其中和分别表示当iP>0和iP<0时桥x的矢量的开关状态，和分别表示当iP>0和iP<0时桥y的矢量的开关状态。较佳地，所述第一矢量顺序中每个矢量的驻留时间分别是Tx/2，Ty/2，T0/2，Tx/2，Ty/2和T0/2，其中Tx、Ty和T0分别是和的驻留时间。较佳地，在每个60°间隔的第二个30°区间中，所述桥x和y在每个开关周期中以第二矢量顺序被操作，所述第二矢量顺序被分为的顺序。较佳地，所述第二矢量顺序中每个矢量的驻留时间分别是Ty/2，Tx/2，T0/2，Ty/2，Tx/2和T0/2。较佳地，同时实现单位功率因数和输出电压调节。本专利技术的优选实施例提供了一种矩阵整流器，包括：输入相A，B和C，所述输入相A，B和C中的每个相包括两个串联连接的双向开关；连接到所述输入相A，B和C的变压器；连接到所述变压器的整流桥；由相A和相B构成的桥x；由相A和相C构成的桥y；以及控制器，在所述输入相A，B和C的两个连续的零电压交叉点之间的每个60°间隔中，所述控制器将所述桥x和桥y作为独立的全桥相移转换器来进行操作。在每个60°间隔的第一个30°区间中，所述控制器在每个开关周期中以第一矢量顺序操作所述桥x和桥y，其中每个矢量表示所述双向开关的开关状态；并且所述第一矢量顺序被分为的顺序，其中和分别表示当iP>0和iP<0时所述桥x的矢量的开关状态，和分别表示当iP>0和iP<0时所述桥y的矢量的开关状态。较佳地，所述第一矢量顺序中每个矢量的驻留时间分别是Tx/2，Ty/2，T0/2，Tx/2，Ty/2和T0/2，其中Tx、Ty和T0分别是和的驻留时间。较佳地，在每个60°间隔的第二个30°区间中，所述控制器在每个开关周期中以第二矢量顺序操作所述桥x和桥y，所述第二矢量顺序被分为的顺序。所述第二矢量顺序中每个矢量的驻留时间分别是Ty/2，Tx/2，T0/2，Ty/2，Tx/2和T0/2。较佳地，同时实现单位功率因数和输出电压调节。参照结合附图的本专利技术的优选实施例的以下详细描述，本专利技术的上述内容和其他特征、元素、特性、步骤和优点将变得显而易见。附图说明图1示出了一个隔离式矩阵整流器。图2A和图2B示出了电流空间矢量表记。图2C示出了变压器初级电压的包络。图3示出了通过来合成参考电流图4A和图4B示出各种电路波形。图5A和图5B示出占空比损失的比较。图6A和图6B示出了输出电感器电流纹波的包络。图7A和图7B是图6A和图6B的电流包络的最大电流纹波的近视图。图8A和图8B示出了本专利技术优选实施例的PWM方案和已知的PWM方案的模拟。图8C示出了图1的矩阵整流器的模拟的线路侧相电压和电流。图9A和图9B示出了电感器输出电流和变压器初级电压。图10显示了15％负载时的总谐波失真。图11示出了图1的矩阵整流器的PWM波形。图12示出了图1的矩阵整流器的桥x和桥y。图13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作矩阵整流器的方法，其特征在于，所述矩阵整流器包括：输入相A，B和C，所述输入相A，B和C中的每个相包括两个串联连接的双向开关；连接到所述输入相A，B和C的变压器；连接到所述变压器的整流桥；由相A和相B构成的桥x；以及由相A和相C构成的桥y；所述方法包括：在所述输入相A，B和C的两个连续的零电压交叉点之间的每个60°间隔中，将所述桥x和桥y作为独立的全桥相移转换器来进行操作；其中，在每个60°间隔的第一个30°区间中，所述桥x和桥y在每个开关周期中以第一矢量顺序被操作，其中每个矢量表示所述双向开关的开关状态；并且所述第一矢量顺序被分为

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 US 62/220,4711.一种操作矩阵整流器的方法，其特征在于，所述矩阵整流器包括：输入相A，B和C，所述输入相A，B和C中的每个相包括两个串联连接的双向开关；连接到所述输入相A，B和C的变压器；连接到所述变压器的整流桥；由相A和相B构成的桥x；以及由相A和相C构成的桥y；所述方法包括：在所述输入相A，B和C的两个连续的零电压交叉点之间的每个60°间隔中，将所述桥x和桥y作为独立的全桥相移转换器来进行操作；其中，在每个60°间隔的第一个30°区间中，所述桥x和桥y在每个开关周期中以第一矢量顺序被操作，其中每个矢量表示所述双向开关的开关状态；并且所述第一矢量顺序被分为的顺序，其中和分别表示当iP>0和iP<0时桥x的矢量的开关状态，和分别表示当iP>0和iP<0时桥y的矢量的开关状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一矢量顺序中每个矢量的驻留时间分别是Tx/2，Ty/2，T0/2，Tx/2，Ty/2和T0/2，其中Tx、Ty和T0分别是和的驻留时间。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个60°间隔的第二个30°区间中，所述桥x和桥y在每个开关周期中以第二矢量顺序操作；并且所述第二矢量顺序列被分成的顺序。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二矢量顺序中每个矢量的驻留时间分别是Ty/2，Tx/2，T0/2，Ty/2，Tx/2和T0/2。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·阿夫什阿里昂，许德伟，龚冰，杨志华，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP