一种半桥三电平变换器及其软启动方法技术

本发明专利技术公开了一种半桥三电平变换器及其软启动方法。本发明专利技术通过在三相电网软启输入的情况下，母线电压从低到高的过程中，从电压0V开始，控制系统直接输出零占空比控制，给半桥三电平变换器的飞跨电容缓慢充电达到预期值。该半桥三电平变换器及其软启动方法简单易实现，能够起到保护功率开关管无过流。本发明专利技术有效解决半桥三电平变换器启动过程中出现电流冲击较大的问题，由此提高机器的可靠性。

A half bridge three level converter and its soft start method

The invention discloses a half bridge three level converter and a soft start method thereof. The control system directly outputs zero duty cycle control when the bus voltage is from low to high in the case of soft start input of the three-phase grid, and slowly charges the flying capacitor of the half-bridge three-level converter to reach the expected value. The half-bridge three-level converter and its soft-start method are easy to implement and can protect the power switch without overcurrent. The invention effectively solves the problem of large current impulse in the starting process of the half bridge three-level converter, thereby improving the reliability of the machine.

【技术实现步骤摘要】
一种半桥三电平变换器及其软启动方法
本专利技术属于光伏发电并网领域，具体涉及一种半桥三电平变换器及其软启动方法。
技术介绍
随着电力电子技术和计算机技术的高速发展，逆变器广泛应用于大功率领域。特别是随着半桥三电平技术的不断提高和完善，半桥三电平变流器在大功率场合中已经成为了主导地位。半桥三电平直流变换器用两个开关管串联来代替传统半桥变换器中的一个开关管，其中的飞跨电容起到解耦超前臂和滞后臂软开关过程和均压开关管的作用，而钳位二极管除了帮助均压开关管之外，还有加速飞跨电容充电过程的作用。与传统的两电平变流器相比，半桥三电平变流器具有耐压等级高、开关损耗低等优点，在高压大功率应用中表现出明显的优势，所以引起了人们的关注。但是半桥三电平变流器启动过程，电容C1上的电压将从功率(开关)管S1，直接以540V的电压给飞跨电容C3充电，充电瞬间会产生瞬间的大电流从功率管S1流过；或者电容C2上的电压将从功率管S4，直接以540V的电压给C3充电，充电瞬间会产生瞬间的大电流从功率管S4流过，可能会损坏功率开关管。由于(飞跨)电容C3快速充电瞬间出现功率开关管过流问题的存在，要求必须增大功率开关管的过流能力，同时瞬间的大电流会对功率开关管有很大损伤，也会缩短功率开关管的使用寿命，存在一定的安全隐患。针对半桥三电平变流器启动过程功率开关管出现大电流问题。目前仍主要通过提高功率开关管的过流能力，采用硬启动方式，均存在启动大电流隐患，尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术提出一种半桥三电平变换器及其软启动方法，解决半桥三电平变换器启动过程功率开关管出现大电流问题。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种半桥三电平变换器，包括钳位二极管D1和D2，功率开关管S1、S2、S3和S4，电容C1和C2，飞跨电容C3，变压器T1，滤波电感L1，其特征在于，所述的飞跨电容C3一端接在功率开关管S1和S2的中间、另一端接在功率开关管S3和S4的中间，位于电容C1和C2的输入端与三相整流桥之间设置软启动电阻R1，软启动电阻R1上并联有软启动继电器K1，所述的半桥三电平变换器与控制系统连接，所述的控制系统发出PWM驱动信号；当继电器K1处于断开状态，整流桥通过软启动电阻R1，给电容C1和C2进行软启充电，软启动过程结束后再闭合继电器K1；所述的控制系统输出PWM零占空比，分别为互补的4路PWM驱动信号，将信号分别标注为PWM1-PWM4，分别驱动所述的功率开关管S1、S2、S3和S4，PWM1和PWM4高低电平互补，PWM1和EPWM3相同，PWM2和EPWM4相同；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S1和S3开通，功率开关管S2和S4关断的时候，电容C1上的电压通过功率开关管S1和钳位二极管D2，给飞跨电容C3充电；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S2和S4开通，功率开关管S1和S3关断的时候，电容C2上的电压通过功率开关管S4和钳位二极管D1，给飞跨电容C3充电。进一步的，电网三相交流电380V经过三相整流桥输出537V的直流电，通过软启动电阻R1给半桥三电平输入端电容C1和C2进行充电。进一步的，控制系统以PWM零占空比控制半桥三电平变换器工作，工作状态分别为1010和0101状态，两个工作状态以20KHz的工作开关频率来回切换；1010状态下，PWM1控制的功率开关管S1开通，PWM2控制的功率开关管S2断开，PWM3控制的功率开关管S3开通，PWM4控制的功率开关管S4断开；该状态下，电容C1上的电压通过功率开关管S1和钳位二极管D2，给飞跨电容C3充电；0101状态下，PWM1控制的功率开关管S1开通，PWM2控制的功率开关管S2断开，PWM3控制的功率开关管S3开通，PWM4控制的功率开关管S4断开；该状态下，电容C1上的电压通过功率开关管S1和钳位二极管D2，给飞跨电容C3充电。一种上述半桥三电平变换器的软启动方法：1)三相电网交流输入，经过三相整流桥输出直流，通过软启电阻R1给半桥三电平变换器输入端的电容C1和C2进行充电，总电压从0V升到540V；2)电压上升的同时控制系统输出零占空比PWM驱动信号，驱动半桥三电平变换器的功率开关管S1、S2、S3和S4工作；3)通过功率开关管S1、S2、S3和S4和钳位二极管D1和D2，半桥三电平变换器的飞跨电容C3电压软启。进一步的，所述的三相整流桥输出直流电经过电阻R1软启，给半桥三电平变换器的电容C1和C2充电，电压从0V开始，升到540V；所述的C1和C2的电压逐渐升高，同时控制系统输出PWM零占空比，驱动半桥三电平变换器的功率开关管S1、S2、S3和S4。再进一步的，所述的控制系统一直输出PWM零占空比，直到电容C1和C2的电压趋于稳定。本专利技术的技术效果在于：半桥三电平变换器在输入电压软启动过程中，通过控制系统输出PWM零占空比，让电容C1和C2缓慢给(飞跨)电容C3充电，并最终达到270V完成软启动过程，解决启动过程功率开关管出现较大冲击电流的问题。附图说明利用附图对专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图；图1是本专利技术半桥三电平变换器系统结构示意图；图2是零占空比PWM驱动时序图；图3是1010工作状态下的飞跨C3充电回路；图4是0101工作状态下的飞跨C3充电回路。具体实施方式参照附图，一种半桥三电平变换器，包括钳位二极管D1和D2，功率开关管S1、S2、S3和S4，电容C1和C2，飞跨电容C3，变压器T1，滤波电感L1，其特征在于，所述的飞跨电容C3一端接在功率开关管S1和S2的中间、另一端接在功率开关管S3和S4的中间，位于电容C1和C2的输入端与三相整流桥之间设置软启动电阻R1，软启动电阻R1上并联有软启动继电器K1，所述的半桥三电平变换器与控制系统连接，所述的控制系统发出PWM驱动信号；当继电器K1处于断开状态，整流桥通过软启动电阻R1，给电容C1和C2进行软启充电，软启动过程结束后再闭合继电器K1；所述的控制系统输出PWM零占空比，分别为互补的4路PWM驱动信号，将信号分别标注为PWM1-PWM4，分别驱动所述的功率开关管S1、S2、S3和S4，PWM1和PWM4高低电平互补，PWM1和EPWM3相同，PWM2和EPWM4相同；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S1和S3开通，功率开关管S2和S4关断的时候，电容C1上的电压通过功率开关管S1和钳位二极管D2，给飞跨电容C3充电；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S2和S4开通，功率开关管S1和S3关断的时候，电容C2上的电压通过功率开关管S4和钳位二极管D1，给飞跨电容C3充电。进一步的，电网三相交流电380V经过三相整流桥输出537V的直流电，通过软启动电阻R1给半桥三电平输入端电容C1和C2进行充电。进一步的，控制系统以PWM零占空比控制半桥三电平变换器工作，工作状态分别为1010和0101状态，两个工作状态以20KHz的工作开关频率来回切换；1010状态下，PWM1控制的功率开关管S1开通，PWM2控制的功率开关管S2断开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半桥三电平变换器，包括钳位二极管D1和D2，功率开关管S1、S2、S3和S4，电容C1和C2，飞跨电容C3，变压器T1，滤波电感L1，其特征在于，所述的飞跨电容C3一端接在功率开关管S1和S2的中间、另一端接在功率开关管S3和S4的中间，位于电容C1和C2的输入端与三相整流桥之间设置软启动电阻R1，软启动电阻R1上并联有软启动继电器K1，所述的半桥三电平变换器与控制系统连接，所述的控制系统发出PWM驱动信号；当继电器K1处于断开状态，整流桥通过软启动电阻R1，给电容C1和C2进行软启充电，软启动过程结束后再闭合继电器K1；所述的控制系统输出PWM零占空比，分别为互补的4路PWM驱动信号，将信号分别标注为PWM1‑PWM4，分别驱动所述的功率开关管S1、S2、S3和S4，PWM1和PWM4高低电平互补，PWM1和EPWM3相同，PWM2和EPWM4相同；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S1和S3开通，功率开关管S2和S4关断的时候，电容C1上的电压通过功率开关管S1和钳位二极管D2，给飞跨电容C3充电；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S2和S4开通，功率开关管S1和S3关断的时候，电容C2上的电压通过功率开关管S4和钳位二极管D1，给飞跨电容C3充电。...

【技术特征摘要】
1.一种半桥三电平变换器，包括钳位二极管D1和D2，功率开关管S1、S2、S3和S4，电容C1和C2，飞跨电容C3，变压器T1，滤波电感L1，其特征在于，所述的飞跨电容C3一端接在功率开关管S1和S2的中间、另一端接在功率开关管S3和S4的中间，位于电容C1和C2的输入端与三相整流桥之间设置软启动电阻R1，软启动电阻R1上并联有软启动继电器K1，所述的半桥三电平变换器与控制系统连接，所述的控制系统发出PWM驱动信号；当继电器K1处于断开状态，整流桥通过软启动电阻R1，给电容C1和C2进行软启充电，软启动过程结束后再闭合继电器K1；所述的控制系统输出PWM零占空比，分别为互补的4路PWM驱动信号，将信号分别标注为PWM1-PWM4，分别驱动所述的功率开关管S1、S2、S3和S4，PWM1和PWM4高低电平互补，PWM1和EPWM3相同，PWM2和EPWM4相同；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S1和S3开通，功率开关管S2和S4关断的时候，电容C1上的电压通过功率开关管S1和钳位二极管D2，给飞跨电容C3充电；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S2和S4开通，功率开关管S1和S3关断的时候，电容C2上的电压通过功率开关管S4和钳位二极管D1，给飞跨电容C3充电。2.根据权利要求1所述的一种半桥三电平变换器，其特征在于，电网三相交流电380V经过三相整流桥输出537V的直流电，通过软启动电阻R1给半桥三电平输入端电容C1和C2进行充电。3.根据权利要求2所述的一种半桥三电平变换器，其特征在于，控制系统以PWM零占空比控制半桥三电平变换器工作，工作状态分别为1010...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立灿，
申请(专利权)人：合肥博鳌电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34