一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制方法技术

本发明专利技术公开一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制(EA‑PWM)方法。通过本发明专利技术的调制方法，将传统三相PWM脉冲宽度调制方法中的三角形载波改成锯齿形载波。桥臂电流为正时选用上升型锯齿载波，桥臂电流为负时选用下降形锯齿载波。这样可以实现三相变流器高换流损耗时刻的对齐。软开关三相变流器采用齐边沿脉冲宽度调制(EA‑PWM)方法后，每个开关周期ZVS辅助支路只需要工作一次，就可以实现三相变流器中功率器件的零电压开通。本发明专利技术方法对脉冲宽度生成所采用的调制波没有限制，可以根据实际需要选择正弦波、注入三次谐波的调制波或其它调制波。该调制方法适用于多种电路、任意功率因数，调制方法的实现便于数字控制、更加便捷。

A method of pulse width modulation along the edge of soft switching three-phase converter

The invention discloses a soft switch three-phase converter edge aligned pulse width modulation (EA \u2011 PWM) method. Through the modulation method of the invention, the triangle carrier in the traditional three-phase PWM pulse width modulation method is changed into the sawtooth carrier. When the bridge arm current is positive, the rise type sawtooth carrier is selected, and when the bridge arm current is negative, the fall type sawtooth carrier is selected. In this way, the alignment of three-phase converter with high commutation loss can be realized. When EA \u2011 PWM is adopted in the soft switching three-phase converter, the ZVS auxiliary branch only needs to work once in each switching cycle to realize the zero voltage switching of power devices in the three-phase converter. The method has no limitation on the modulation wave used for pulse width generation, and can select sine wave, modulation wave injected with third harmonic or other modulation wave according to actual needs. The modulation method is suitable for many kinds of circuits and any power factor. The realization of the modulation method is convenient for digital control and more convenient.

【技术实现步骤摘要】
一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制方法
本专利技术涉及电力电子变流器控制领域，尤其涉及一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制(EA-PWM)方法
技术介绍
传统的变流器正弦脉宽调制方法(SPWM)，变流器中存在的高换流损耗时刻，即二极管向对侧主开关管换流时刻，分散在一个开关周期的多个不同时刻。为了实现全部开关管的零电压开通(ZVS)，软开关变流器中的辅助开关管在一个开关周期内需要动作多次，控制困难，难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制(EA-PWM)方法。该方法具有如下特征：(1)对调制波没有限制，可以根据需要选择正弦调制波、三次谐波注入的调制波或其它调制波；(2)一个开关周期内，软开关变流器中存在的所有二极管向对侧主开关管换流时刻同步到了同一时刻，保证了辅助开关管一个开关周期只需要动作一次；(3)适用于任意功率因数；(4)适用于多种电路拓扑。本专利技术提供一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制(EA-PWM)方法，该方法如下：将传统三相PWM脉冲宽度调制方法中的三角形载波改成锯齿形载波，并根据某相电流的极性选择采用上升型锯齿形载波或下降型锯齿形载波，实现三相变流器中高换流损耗时刻的对齐；具体的：首先，需要定义某相桥臂的调制波和该相桥臂电流极性，规定电流流出桥臂中点为正，流入桥臂中点为负；其次，如果桥臂电流为正，则采用上升锯齿波与调制波比较生成PWM。如果桥臂电流为负，则采用下降锯齿波与调制波比较生成PWM。一个开关周期中，软开关变流器中所有桥臂电流为正的桥臂使用同一上升锯齿载波，所有桥臂电流为负的桥臂使用同一下降锯齿载波。上升锯齿载波与下降锯齿载波关于时间轴对称(即：锯齿波的幅值、周期、相位均相同，仅仅方向不同，一个为上升型，一个为下降型)。通过这样的操作使得软开关变流器中存在的所有二极管向对侧主开关管换流时刻同步到了同一时刻。在上述由二极管向主开关管换流的开关动作时刻前关断辅助开关管，使得正、负公共母线之间的电压谐振为零，为主开关管创造零电压开通的条件；在所有二极管向主开关管换流过程结束之后，电路中钳位电容上的电压将谐振为零，辅助开关管进行零电压开通。采用本专利技术的方法辅助开关管在一个开关周期内只需动作一次便能实现所有开关管的零电压开通。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。图2为传统单一桥臂SPWM调制方法示意图。图3为所述第一类换流过程。图4为所述第二类换流过程。图5为三相SPWM调制方法示意图。图6为改用锯齿载波后的EA-PWM调制方法示意图。图7为EA-PWM调制方法适用拓扑1。图8为图7所示拓扑在采用EA-PWM调制方法后一种典型情况下的驱动波形和母线电压情况。图9为EA-PWM调制方法适用拓扑2。图10为EA-PWM调制方法适用拓扑3。图11为EA-PWM调制方法适用拓扑4。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。下面结合附图对本专利技术进行详细说明。统一定义某相桥臂的电流流出桥臂中点为正，电流流入桥臂中点为负。图1为本专利技术的方法流程示意图。首先分析单一桥臂的情况。参照图2，传统的SPWM调制方法使用正弦调制波与三角载波进行比较生成PWM驱动脉冲。明显可见，一个开关周期内，开关管存在(1)开通到关断和(2)关断到开通这两种类型的动作。这两种类型的开关动作对应着两种类型的电流换流过程。参照图3～图4，对于软开关变流器，任意桥臂中存在的两类电流换流过程如下：第一类换流过程如图3所示，电流从开关管换流到同一桥臂互补二极管。开关管实现了零电压关断，因为开关管两端并联谐振电容的存在，开关管的关断损耗将近一步减小。第二类换流过程如图4所示，电流从二极管换流到同一桥臂互补开关管。此时开关管两端电压变化非常大，开关管是硬开通。此外，二极管存在反向恢复，这会给开关管带来很大的电流应力。因此，第二种换流过程的开通损耗非常大，还存在EMI问题突出，电流应力过大等固有缺陷。第二类换流过程即所述高换流损耗过程。接着分析多相桥臂的情况。以ABC三相输出为例，假定A相桥臂电流ia>0,B相桥臂电流ib<0,C相桥臂电流ic<0。遵循前述单一桥臂的分析原则，此时一个开关周期内ABC三相桥臂的驱动波形如图5。参照图5，其中第二类换流的时刻已经用圆圈标出。可以看出，三相桥臂中存在的第二类换流时刻分布在一个开关周期内的三个不同时刻。为了将第二类换流时刻同步对齐，对于不同电流极性的桥臂，采用不同类型的锯齿调制波。参照图1，若某相桥臂的电流为正，则采用上升锯齿波与该相桥臂调制波比较生成PWM。即，调制波大于载波输出高电平，调制波小于载波输出低电平。若某相桥臂的电流为负，则采用下降锯齿波与该相桥臂调制波比较生成PWM。即，调制波大于载波输出高电平，调制波小于载波输出低电平。一个开关周期中，软开关变流器中所有桥臂电流为正的桥臂使用同一个上升锯齿载波，所有桥臂电流为负的桥臂使用同一下降锯齿载波。上升锯齿载波与下降锯齿载波关于时间轴对称。同样分析ABC三相输出，A相桥臂电流ia>0,B相桥臂电流ib<0,C相桥臂电流ic<0的情况。A相采用上升锯齿载波，B相和C相采用下降锯齿载波。改用锯齿载波后的驱动波形情况如图6所示。参照图6，一个开关周期内，三相桥臂中存在的第二类换流时刻已经同步到了同一时刻。上述原则可以拓展到软开关变流器任意相桥臂输出，经过锯齿波比较后，软开关变流器中存在的所有第二类换流时刻都可以同步到同一时刻。图7是本专利技术方法适用的典型应用拓扑。参照图7，所述软开关变流器与传统变流器的主要区别在于其在母线部分增加了辅助谐振支路，其构成如下：一个并联二极管Daux的辅助开关管Saux、谐振电感Lr、箝位电容Cc构成的辅助谐振支路，其中辅助开关管Saux与箝位电容Cc串联后再和谐振电感Lr并联。辅助开关管的集电极与发射极两端并联一个谐振电容Caux。此外，各主开关管的集电极与发射极两端分别并联一个谐振电容Cra1、Cra2、Crb1、Crb2、Crc1、Crc2。软开关变流器的基本工作原理是：关断辅助开关管，通过电感与电容的谐振作用，将直流母线电压谐振至0，为上述第二类换流创造零电压(ZVS)条件。在第二类换流结束之后，电路中钳位电容上的电压将谐振为零，辅助开关管进行零电压开通。如前所述，使用传统的SPWM调制方法，一个开关周期内上述第二类换流时刻分布在不同时刻，辅助开关管需要动作多次才能确保第二类换流发生在零电压条件下。这将引入多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制方法，其特征在于，该方法是/n将传统三相PWM脉冲宽度调制方法中的三角形载波改成锯齿形载波，并根据某相电流的极性选择采用上升型锯齿形载波或下降型锯齿形载波，以此实现三相变流器中高换流损耗时刻的对齐；具体的，对于软开关变流器的某相桥臂，其选择锯齿形载波的方法及其脉冲宽度(PWM)的生成流程为：/n定义某相桥臂电流流出桥臂中点为正，流入桥臂中点为负；/n若某相桥臂的电流为正，则采用上升型锯齿波与该相桥臂调制波比较生成桥臂PWM波形；即，调制波大于载波输出高电平，调制波小于载波输出低电平；/n若某相桥臂的电流为负，则采用下降型锯齿波与该相桥臂调制波比较生成桥臂PWM波形；即，调制波大于载波输出高电平，调制波小于载波输出低电平；/n一个开关周期中，软开关变流器中所有桥臂电流为正的桥臂使用同一个上升锯齿载波，所有桥臂电流为负的桥臂使用同一个下降锯齿载波。且所述的上升锯齿载波与下降锯齿载波关于时间轴对称，即上升锯齿载波和下降锯齿载波等幅值、等周期、等相位，只在锯齿方向上不同。/n

【技术特征摘要】
1.一种软开关三相变流器齐边沿脉冲宽度调制方法，其特征在于，该方法是
将传统三相PWM脉冲宽度调制方法中的三角形载波改成锯齿形载波，并根据某相电流的极性选择采用上升型锯齿形载波或下降型锯齿形载波，以此实现三相变流器中高换流损耗时刻的对齐；具体的，对于软开关变流器的某相桥臂，其选择锯齿形载波的方法及其脉冲宽度(PWM)的生成流程为：
定义某相桥臂电流流出桥臂中点为正，流入桥臂中点为负；
若某相桥臂的电流为正，则采用上升型锯齿波与该相桥臂调制波比较生...

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