一种三电平半桥软开关变流电路、控制系统及其控制方法技术方案

本公开提出了一种三电平半桥软开关变流电路、控制系统及其控制方法，包括：相并联的第一输入电容组、第二输入电容组及三电平半桥逆变电路；以及第一电感、隔直电容、变压器和输出电路；其中，所述第一电感、隔直电容、变压器原边串联以后，其一端连接三电平半桥逆变电路的桥臂中点，另一端连接第一输入电容组的中点，所述三电平半桥逆变电路的嵌位二极管连接中点与第二输入电容组电路中点相连，所述变压器副边与输出电路相连。能够使各开关管在导通关断时均处于软开关状态。以及实现输入电容中点电位平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种三电平半桥软开关变流电路、控制系统及其控制方法
本公开属于DC-AC-DC变流电路
，尤其涉及一种三电平半桥软开关变流电路及其控制方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。传统的两电平变流电路，具有拓扑结构简单、易于控制等优点，广泛应用于各种DC-AC-DC变流电路中。但两电平变流电路也存在着开关管耐压值要求高，开关应力大，频率提升困难等问题，在高电压输入场合，受到了较大限制。三电平半桥逆变电路由于开关管承受电压值为两电平逆变电路的一半，开关应力小，更容易实现高频，在高电压输入场合下，应用优势明显。现有技术中虽然存在变流电路采用软开关的拓扑形式，但各开关管在关断时均为硬关断，只能够实现零电压导通，软开关效果较差，或者采用无源辅助网络实现三电平半桥电路的零电压开关，但辅助网络增加了系统的复杂度和成本，或者采用辅助硬件电路实现输入电容中点电位平衡，但是电路较复杂，降低系统可靠性，或通过检测电容电压修正调制波实现输入电容中点电位平衡，但需要增加电压检测电路，控制算法也较复杂。因此，如何实现开关管的软开关和输入电容中点电位平衡是本申请所主要解决的技术问题。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种三电平半桥软开关变流电路，实现开关管的软开关和输入电容中点电位平衡。为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：第一方面，公开了一种三电平半桥软开关变流电路，包括：相并联的第一输入电容组、第二输入电容组及三电平半桥逆变电路；以及第一电感、隔直电容、变压器和输出电路；其中，所述第一电感、隔直电容、变压器原边串联以后，其一端连接三电平半桥逆变电路的桥臂中点，另一端连接第一输入电容组的中点，所述三电平半桥逆变电路的嵌位二极管连接中点与第二输入电容组电路中点相连，所述变压器副边与输出电路相连。进一步的技术方案，所述第一输入电容组、第二输入电容组分别包括两个相串联的电容，其中，第一输入电容组电路中点与第二输入电容组电路中点不相连。进一步的技术方案，所述三电平半桥逆变电路包括开关管桥臂电路和开关管钳位电路，所述开关管桥臂电路包括串联连接的开关管上桥臂电路和开关管下桥臂电路，所述开关管钳位电路一端与开关管上桥臂中点相连，另一端与开关管下桥臂中点相连。进一步的技术方案，还包括第二电感，所述第二电感一端接开关管桥臂电路中点，另一端接第二输入电容组中点。优选的，所述的第二电感为单一电感或者采用多个串联或并联的电感。更进一步的技术方案，所述开关管桥臂电路包括4个带有反并联二极管的开关管，所述开关管依次串联，上面两个开关管组成开关管上桥臂，下面两个开关管组成开关管下桥臂。更进一步的技术方案，所述开关管钳位电路包括2个钳位二极管，所述钳位二极管串联连接。进一步的，所述三电平半桥逆变电路的各开关管两端分别并联有电容，需要增加额外电路来保证在轻载和空载状态下，并联的电容不会直接通过开关管放电。进一步的，所述开关管钳位电路两端并联设置有飞跨电容。第二方面，公开了一种三电平半桥软开关变流电路的控制系统，包括：控制器及三电平半桥软开关变流电路，所述控制器用于控制所述三电平半桥软开关变流电路中开关管的工作状态。第三方面，公开了一种三电平半桥软开关变流电路的控制方法，包括：控制三电平半桥逆变电路中开关管桥臂电路上桥臂的开关管与下桥臂的分别互补导通；其中，上桥臂及下桥臂的开关管分别在同一脉冲时间段内导通和关断，每一桥臂，其中一个开关管滞后导通及超前关断，另外一个开关管超前导通及滞后关断。进一步的，还包括对三电平半桥逆变电路的开关管PWM调制，具体包括：当上桥臂及下桥臂的超前臂脉宽小于等于设定值时，上桥臂及下桥臂的其余开关管均进行PWM调制，其中上桥臂及下桥臂开关管超前臂与滞后臂关断死区为固定值；否则，对上桥臂及下桥臂的一个开关管进行PWM调制，上桥臂及下桥臂的其余开关管不进行PWM调制。第四方面，公开了一种焊机，包括了上述的任一种三电平半桥软开关变流电路；和/或，采用上述的任一种三电平半桥软开关变流电路的控制方法。第五方面，进一步公开了一种电解水电源，包括了上述的任一种三电平半桥软开关变流电路；和/或，采用上述的任一种三电平半桥软开关变流电路的控制方法。第六方面，进一步公开了一种充电机，包括了上述的任一种三电平半桥软开关变流电路；和/或，采用上述的任一种三电平半桥软开关变流电路的控制方法。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本专利技术提供了一种新型三电平半桥软开关变流电路及控制方法，能够使各开关管在导通关断时均处于软开关状态。以及实现输入电容中点电位平衡。本专利技术利用三电平半桥逆变电路的部分开关管(Q1、Q4)可以受到输入电容电压钳位的特性，通过控制方法实现各开关管动态电压钳位的效果。经实验验证，本专利技术一种三电平半桥软开关变流电路及其控制方法能够实现与理论分析一致的效果，是一种控制简单方便，能够有效实现各开关管动态电压钳位、输入电容中点电位平衡的三电平软开关拓扑及控制方法。本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1是本专利技术一种三电平半桥软开关变流电路典型拓扑结构原理图；图2是本专利技术实施例2的电路原理图；图3是本专利技术实施例3的电路原理图；图4、5是本专利技术各开关管导通、关断时序图；图6为本专利技术典型拓扑结构下工作模式1阶段等效电路及电流回路图；图7为本专利技术典型拓扑结构下工作模式2阶段等效电路及电流回路图；图8为本专利技术典型拓扑结构下工作模式3阶段等效电路及电流回路图；图9为本专利技术典型拓扑结构下工作模式4阶段等效电路及电流回路图；图10、11为本专利技术典型拓扑结构下工作模式5阶段等效电路及电流回路图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一本实施例公开了一种三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平半桥软开关变流电路，其特征是，包括：/n相并联的第一输入电容组、第二输入电容组及三电平半桥逆变电路；/n以及第一电感、隔直电容、变压器和输出电路；/n其中，所述第一电感、隔直电容、变压器原边串联以后，其一端连接三电平半桥逆变电路的桥臂中点，另一端连接第一输入电容组的中点，所述三电平半桥逆变电路的嵌位二极管连接中点与第二输入电容组电路中点相连，所述变压器副边与输出电路相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种三电平半桥软开关变流电路，其特征是，包括：
相并联的第一输入电容组、第二输入电容组及三电平半桥逆变电路；
以及第一电感、隔直电容、变压器和输出电路；
其中，所述第一电感、隔直电容、变压器原边串联以后，其一端连接三电平半桥逆变电路的桥臂中点，另一端连接第一输入电容组的中点，所述三电平半桥逆变电路的嵌位二极管连接中点与第二输入电容组电路中点相连，所述变压器副边与输出电路相连。


2.如权利要求1所述的一种三电平半桥软开关变流电路，其特征是，所述第一输入电容组、第二输入电容组分别包括两个相串联的电容，其中，第一输入电容组电路中点与第二输入电容组电路中点不相连。


3.如权利要求1所述的一种三电平半桥软开关变流电路，其特征是，所述三电平半桥逆变电路包括开关管桥臂电路和开关管钳位电路，所述开关管桥臂电路包括串联连接的开关管上桥臂电路和开关管下桥臂电路，所述开关管钳位电路一端与开关管上桥臂中点相连，另一端与开关管下桥臂中点相连。


4.如权利要求3所述的一种三电平半桥软开关变流电路，其特征是，还包括第二电感，所述第二电感一端接开关管桥臂电路中点，另一端接第二输入电容组中点；
优选的，所述的第二电感为单一电感或者采用多个串联或并联的电感。


5.如权利要求3所述的一种三电平半桥软开关变流电路，其特征是，所述开关管桥臂电路包括4个带有反并联二极管的开关管，所述开关管依次串联，上面两个开关管组成开关管上桥臂，下面两个开关管组成开关管下桥臂。
优选的，所述开关管钳位电路包括2个钳位二极管，所述钳位二极管串联连接。
优选的，所述三电平半桥逆变电路的各开关管两端分别并联有电容，需要增加额外电路来保证在轻载和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光先，张甫国，李昊，张延河，张海林，吕金建，
申请(专利权)人：济宁奥太电气有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37