一种交流变换器及其变换方法技术

本发明专利技术涉及一种交流变换器，包括相互连接的控制芯片和CPLD模块，CPLD模块分别与上、下半桥驱动器连接，上半桥驱动器连接至上半桥开关模块，下半桥驱动器连接至下半桥开关模块，上半桥开关模块和下半桥开关模块的输出端差分连接后均连接至滤波模块，上、下半桥开关模块的两个输出电压波形幅值相等、相位相差180°，控制芯片用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块；CPLD模块用于分别对应输出上、下半桥SPWM信号给上、下半桥驱动器，上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称。与现有技术相比，本发明专利技术能够降低输出电压波形的失真度，本发明专利技术交流变换器中不设置变压器，具有体积小、重量轻、功率密度大的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种交流变换器及其变换方法
本专利技术涉及电力电子变换
，尤其是涉及一种交流变换器及其变换方法。
技术介绍
在电气测试过程中，往往需要由交流正弦电压源提供纯正弦的交流激励信号，且在某些测试场合，对交流正弦电压源的失真度和体积均具有比较严格的要求。比如高压电机局部放电和介质损耗现场测试，由于安全和场地原因，体积较大的电压源无法进行放置，而现有的交流电压源大多体积庞大、重量大，其携带和使用均不是很方便。对于实验室科研院所，由于场所空间小、实验设备密集，不仅无法放置体积庞大的交流电压源，并且科研实验对交流电压源的失真度要求更加复杂，有的实验需要纯正正弦波，有的实验则需要刻意增加谐波含量，现有的交流电压源往往无法同时满足这些复杂的要求，而满足这种需求的电源都是由AC/AC变换实现的交流变换器，为了保证隔离和滤波效果，现有的交流变换器内部还会加装变压器，这就进一步增加了交流变换器的体积、重量和成本。交流转换器是将交流的电气波形转换为另一种交流电气波形的设备，输出电压和频率均可任意调整，其研究对象主要是逆变部分。现有的交流变换器逆变拓扑结构有全桥拓扑结构、半桥拓扑结构和推挽拓扑结构。其中，全桥拓扑是最常用的拓扑结构，四个开关管交替工作，输出容量大，常用于大功率场合；半桥拓扑结构有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成，负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间，驱动电路简单；推挽拓扑结构则采用两个参数相同的器件，以推挽方式存在于电路中，输出级有两个“臂”(两组放大元件)，一个“臂”的电流增加时，另一个“臂”的电流减小，二者的状态轮流转换，输出级有两个器件，始终处于一个导通、一个截止的状态，两个器件推挽相连。然而，全桥拓扑结构驱动电路复杂，并且由于死区时间、开关管特性不一致等原因使得输出电压中不可避免含有直流分量；半桥拓扑结构简单，但负载两端得到的电压较低，仅为直流电源电压的一半，并且直流侧需采用两个电容器串联来均压，输出功率低，功率开关管集电极电流大，半桥拓扑结构只能应用在几千瓦以下的小功率设备中；推挽式拓朴结构简单，两个功率管可共地驱动，可以输出大容量的功率，但功率管承受开关电压为2倍的直流电压，电压尖峰数值大，仅适合应用于直流母线电压较低的场合，另外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。为了消除直流分量和稳定电压，以上三种拓扑结构输出端都要接变压器，变压器的存在一方面会导致功率密度降低和频率变化范围减小，另一方面则直接增加了体积、重量和成本，不便于携带和使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种交流变换器及其变换方法，既能满足输出电压的失真度要求，同时能够减小交流变换器的体积与重量、提高功率密度。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种交流变换器，包括相互连接的控制芯片和CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)模块，所述CPLD模块分别与上半桥驱动器、下半桥驱动器连接，所述上半桥驱动器连接至上半桥开关模块，所述下半桥驱动器连接至下半桥开关模块，所述上半桥开关模块和下半桥开关模块的输出端差分连接后均连接至滤波模块，所述上半桥开关模块的输出电压波形与下半桥开关模块的输出电压波形幅值相等、相位相差180°，所述控制芯片用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块；所述CPLD模块用于分别输出上半桥SPWM信号给上半桥驱动器、输出下半桥SPWM信号给下半桥驱动器，所述上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称。进一步地，所述CPLD模块包括上半桥信号发生单元和下半桥信号发生单元，所述上半桥信号发生单元连接至上半桥驱动器，所述下半桥信号发生单元连接至下半桥驱动器，所述上半桥信号发生单元用于输出上半桥SPWM信号，所述下半桥信号发生单元用于输出下半桥SPWM信号。进一步地，所述上半桥信号发生单元包括第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组、第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组的输入端均与控制芯片连接，所述第一时钟寄存器的输出端分别连接至第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一PWM寄存器组的输出端连接至第一控制器，所述第一控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组用于写入控制芯片输出的上半桥控制信号，所述第一控制器按照预设逻辑从第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组分别读取上半桥控制信号，并将读取的上半桥控制信号输出给上半桥PWM波形发生器，以生成上半桥SPWM信号。进一步地，所述下半桥信号发生单元包括相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组、第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组的输入端均与控制芯片连接，所述相位寄存器的输出端连接至下半桥PWM波形发生器，所述第二时钟寄存器的输出端分别连接至第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述第二PWM寄存器组的输出端连接至第二控制器，所述第二控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，所述第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组用于写入控制芯片输出的下半桥控制信号，所述相位寄存器用于写入控制芯片输出的波形相位调整信号，所述第二控制器按照预设逻辑从第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组读取上半桥控制信号、从相位寄存器读取波形相位调整信号，并将读取的信号输出给下半桥PWM波形发生器，以生成下半桥SPWM信号。进一步地，所述CPLD模块内设置有总线接口，所述总线接口与控制芯片连接。进一步地，所述上半桥开关模块包括第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT的集电极和第二IGBT的发射极分别与上半桥驱动器连接，所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极相连接，所述第一IGBT的发射极连接至滤波模块，所述第二IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块。进一步地，所述下半桥开关模块包括第三IGBT和第四IGBT，所述第三IGBT的集电极和第四IGBT的发射极分别与下半桥驱动器连接，所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极相连接，所述第三IGBT的发射极连接至滤波模块，所述第四IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块。进一步地，所述IGBT的开关频率大于或等于100kHz。进一步地，所述滤波模块包括共模电感、第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容和第二滤波电容分别与共模电感连接。一种交流变换器的变换方法，包括以下步骤：S1、控制芯片输出上半桥控制信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的上半桥SPWM信号；S2、控制芯片输出下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的下半桥SPWM信号，下半桥SPWM信号与上半桥SPWM信号相互对称；S3、上半桥驱动器根据上半桥SPWM信号，驱动上半桥开关模块输出对应的上半桥电压波形；下半桥驱动器根据下半桥SPWM信号，驱动下半桥开关模块输出对应的下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流变换器，其特征在于，包括相互连接的控制芯片(1)和CPLD模块(2)，所述CPLD模块(2)分别与上半桥驱动器(3)、下半桥驱动器(4)连接，所述上半桥驱动器(3)连接至上半桥开关模块(5)，所述下半桥驱动器(4)连接至下半桥开关模块(6)，所述上半桥开关模块(5)和下半桥开关模块(6)的输出端差分连接后均连接至滤波模块(7)，所述上半桥开关模块(5)的输出电压波形与下半桥开关模块(6)的输出电压波形幅值相等、相位相差180°，所述控制芯片(1)用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块(2)；/n所述CPLD模块(2)用于分别输出上半桥SPWM信号给上半桥驱动器(3)、输出下半桥SPWM信号给下半桥驱动器(4)，所述上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称。/n

【技术特征摘要】
1.一种交流变换器，其特征在于，包括相互连接的控制芯片(1)和CPLD模块(2)，所述CPLD模块(2)分别与上半桥驱动器(3)、下半桥驱动器(4)连接，所述上半桥驱动器(3)连接至上半桥开关模块(5)，所述下半桥驱动器(4)连接至下半桥开关模块(6)，所述上半桥开关模块(5)和下半桥开关模块(6)的输出端差分连接后均连接至滤波模块(7)，所述上半桥开关模块(5)的输出电压波形与下半桥开关模块(6)的输出电压波形幅值相等、相位相差180°，所述控制芯片(1)用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块(2)；
所述CPLD模块(2)用于分别输出上半桥SPWM信号给上半桥驱动器(3)、输出下半桥SPWM信号给下半桥驱动器(4)，所述上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称。


2.根据权利要求1所述的一种交流变换器，其特征在于，所述CPLD模块(2)包括上半桥信号发生单元(21)和下半桥信号发生单元(22)，所述上半桥信号发生单元(21)连接至上半桥驱动器(3)，所述下半桥信号发生单元(22)连接至下半桥驱动器(4)，所述上半桥信号发生单元(21)用于输出上半桥SPWM信号，所述下半桥信号发生单元(22)用于输出下半桥SPWM信号。


3.根据权利要求2所述的一种交流变换器，其特征在于，所述上半桥信号发生单元(21)包括第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组、第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组的输入端均与控制芯片(1)连接，所述第一时钟寄存器的输出端分别连接至第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一PWM寄存器组的输出端连接至第一控制器，所述第一控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组用于写入控制芯片(1)输出的上半桥控制信号，所述第一控制器按照预设逻辑从第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组分别读取上半桥控制信号，并将读取的上半桥控制信号输出给上半桥PWM波形发生器，以生成上半桥SPWM信号。


4.根据权利要求3所述的一种交流变换器，其特征在于，所述下半桥信号发生单元(22)包括相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组、第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组的输入端均与控制芯片(1)连接，所述相位寄存器的输出端连接至下半桥PWM波形发生器，所述第二时钟寄存器的输出端分别连接至第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述第二PWM寄存器组的输出端连接至第二控制器，所述第二控制器的输出端连接至上半桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爱明，石亚威，徐笑笑，赵帅帅，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31