双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑及其控制方法，该交错并联拓扑包括直流侧、电源相、具有两端的至少二个换流电感、滤波器、交流侧及控制器，所述直流侧与所述电源相连接，所述滤波器与所述交流侧连接，所述电源相包括至少二个桥臂，所述至少二个桥臂中的每一个桥臂均包括母线电平路径及零电平路径，所述控制器用于控制所述桥臂的母线电平路径及零电平路径的导通与关断，所述换流电感与所述桥臂一一对应，所述换流电感的一端与所述桥臂的中点连接，另一端与所述滤波器连接。该交错并联拓扑无需考虑均流的问题，无需考虑功率器件损耗不均匀的问题，且能够实现部分器件的软开关。件的软开关。件的软开关。

【技术实现步骤摘要】
双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子领域，尤其涉及一种双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑及其控制方法。

技术介绍

[0002]双向二极管钳位型三电平AC/DC拓扑因其输出电压相较于传统的两电平双向AC/DC拓扑具有更多的电平来合成正弦状阶梯波，输出电压谐波失真更小，输出电流纹波更小，同规格下有更小的开关损耗等优点，三电平AC/DC在工业变流领域广泛使用。
[0003]现有技术的双向二极管钳位型三电平AC/DC拓扑采用多个功率器件并联，解决功率器件的散热问题，请参阅图1，是现有技术的一种三相双向二极管钳位型三电平AC/DC拓扑的电路连接示意图，三相双向二极管钳位型三电平AC/DC拓扑500包括直流侧501、第一相502、第二相503、第三相504、滤波器505、交流侧506及控制器507，每一相结构相同，以第一相502为例进行说明，第一相502包括功率器件T11、T21、T12、T22、T13、T23、T14及T24，可以理解的是每一功率器件具有对应的体二极管，其中，功率器件T11、 T21并联，功率器件T12、 T22并联，功率器件T13、 T23并联，功率器件T14、 T24并联，且并联使用的功率器件具有相同的驱动波形，因而，功率器件的并联，一方面会导致并联的功率器件之间存在均流的问题，另一方面，并联的功率器件的驱动波形因硬件差异，会使得并联的功率器件的导通与关断在时间上出现不同步的情况，进而导致功率器件的损耗不均匀。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决现有技术中存在的均流问题、功率器件损耗不均匀问题，提供一种双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑及其控制方法，无需考虑器件的均流问题，无需并联器件的驱动波形完全一致。
[0005]本专利技术第一方面提供了双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑，包括直流侧、电源相、滤波器、交流侧及控制器，所述直流侧与所述电源相连接，所述滤波器与所述交流侧连接，所述电源相包括至少二个桥臂，所述至少二个桥臂中的每一个桥臂均包括母线电平路径及零电平路径，所述控制器用于控制所述桥臂的母线电平路径及零电平路径的导通与关断，还包括具有两端的至少二个换流电感，与所述至少二个桥臂中的每一桥臂一一对应，一端与所述桥臂的中点连接，另一端与所述滤波器连接。
[0006]本专利技术第二方面提供了一种应用于第一方面所述的双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑的控制方法，包括如下步骤：确认所述电源相的电流方向；根据所述电流方向控制所述桥臂的母线电平路径及零电平路径的导通与关断，以使电流流经所述换流电感，逐渐增大或逐渐减小。
[0007]相较于现有技术，本专利技术的双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑，通过增加换流电感，连接于桥臂中点与滤波器之间，使得电流可以分时流经所述至少二个桥臂，实现所述
至少二个桥臂之间的换流，无需考虑均流的问题，无需考虑功率器件损耗不均匀的问题。
附图说明
[0008]图1为现有技术的一种三相双向二极管钳位型三电平AC/DC拓扑的电路连接示意图；图2为本专利技术提供的一种双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑的电路连接示意图；图3为图2所示任一电源相的电路连接示意图；图4为本专利技术提供的双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑的控制方法的流程示意图；图5a
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5f分别为图3所示电源相在调制波为正半周、电流方向为正时六个阶段的功率开关管状态及电流流向示意图；图6是本专利技术提供的一种调制波为正半周、电流为正时功率开关管的状态图及电流波形图；图7a
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7f分别为图3所示电源相在调制波为正半周、电流方向为负时六个阶段的功率开关管状态及电流流向示意图；图8是本专利技术提供的一种调制波为正半周、电流为负时功率开关管的状态图及电流波形图；图9为本专利技术提供的一种服务器的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0009]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0010]请参阅图2，为本专利技术提供的一种双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑的电路连接示意图。双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑100包括直流侧10、电源相20、换流电感30、滤波器40、交流侧50及控制器60。
[0011]直流侧10包括直流电源及两个直流分压电容，电源相20连接于直流侧10的正母线P和负母线N之间，同时与两个直流分压电容的中性点0连接。
[0012]电源相20的数量可以为一、三或其他数量等等，可以理解的是，当电源相20的数量为一时，双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑为单相双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑，当电源相20的数量为三时，双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑为三相双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑。电源相20包括并联的至少两个桥臂，桥臂数量具体可为两个、三个、四个等等，在此具体不做限定。每一个桥臂均包括母线电平路径及零电平路径，桥臂连接于正母线P和负母线N之间，母线电平路径数量为二，包括正母线电平路径和负母线电平路径，具体来说，正母线电平路线为正母线P、上桥臂的外管、上桥臂的内管及换流电感，负母线电平路线为负母线N、下桥臂的外管、下桥臂的内管及换流电感。桥臂同时与中性点0连接，零电平路径数量为二，包括上桥臂的第一零电平路径和下桥臂的第二零电平路径，具体
来说，第一零电平路径为中性点0、上桥臂的钳位二极管、上桥臂的内管及换流电感，第二零电平路径为中性点0、下桥臂的钳位二极管、下桥臂的内管及换流电感。控制器60与桥臂的功率器件连接，用于控制桥臂的母线电平路径及零电平路径的导通与关断。
[0013]换流电感30的数量与桥臂的数量相等，一个桥臂对应一个换流电感30，换流电感30的一端与桥臂的中点对应连接，另一端与滤波器40的一端连接，滤波器40的另一端与交流端50连接。
[0014]在本实施例中，电源相20数量为三，三相双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑的每一电源相20结构相同，在此以任一相为例进行说明。
[0015]请参阅图3，为图2所示任一电源相的电路连接示意图。电源相20包括交错并联的桥臂21及桥臂22，换流电感30数量为二，分别为换流电感L1及换流电感L2，定义流经换流电感L1的电流为iL1，流经换流电感L2的电流为iL2。滤波器40包括串联连接的电阻R及滤波电感Lf，定义流经滤波电感Lf的电流为iLf。换流电感L1一端与桥臂21的中点连接，另一端与电阻R连接，换流电感L2一端与桥臂22的中点连接，另一端与电阻R连接。需要说明的是，本领域技术人员可以根据需要采用其他类型的滤波器，例如L型滤波器、LC滤波器或LCL滤波器等等，在此不做具体限定。
[0016]桥臂21包括功率器件M1、M2、M3和M4、钳位二极管D9及D10。其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑，包括直流侧、电源相、滤波器、交流侧及控制器，所述直流侧与所述电源相连接，所述滤波器与所述交流侧连接，所述电源相包括至少二个桥臂，所述至少二个桥臂中的每一个桥臂均包括母线电平路径及零电平路径，所述控制器用于控制所述桥臂的母线电平路径及零电平路径的导通与关断，其特征在于，还包括：具有两端的至少二个换流电感，与所述至少二个桥臂中的每一桥臂一一对应，一端与所述桥臂的中点连接，另一端与所述滤波器连接。2.根据权利要求1所述的双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑，其特征在于，所述电源相数量为一或三。3.根据权利要求1所述的双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑，其特征在于，所述桥臂包括功率开关管，所述功率开关管为半导体器件。4.一种应用于权利要求1
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3任一所述的双向软开关三电平AC/DC交错并联拓扑的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：确认所述电源相的电流方向；根据所述电流方向控制所述桥臂的母线电平路径及零电平路径导通与关断，以使电流流经所述换流电感，逐渐增大或逐渐减小。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，定义电流从所述直流侧流向所述交流侧为正，所述根据所述电流方向控制所述桥臂的母线电平路径及零电平路径导通与关断，以使电流流经所述换流电感，逐渐增大或逐渐减小包括如下步骤：若所述电流方向为正，则控制第一桥臂的母线电平路径导通，以使第一电流流经第一换流电感，逐渐增大，其中，所述第一桥臂为所述至少二个桥臂中的任意一个，所述第一换流电感为与所述第一桥臂连接的换流电感，所述第一电流为流经所述第一换流电感的电流；控制第一桥臂的零电平路径导通，以使所述第一电流流经所述第一换流电感，逐渐减小；控制所述第一桥臂的零电平路径及第二桥臂的母线电平路径导通，以使所述第一电流流经所述第一换流电感，逐渐减小至零，第二电流流经第二换流电感，自零逐渐增大，其中，所述第二桥臂为所述至少二个桥臂中除所述第一桥臂之外的桥臂，所述第二换流电感为与所述第二桥臂连接的换流电感，所述第二电流为流经所述第二换流电感的电流；控制所述第二桥臂的零电平路径及目标桥臂的母线电平路径导通，以使所述第二电流流经所述第二换流电感，逐渐减小至零，目标电流流经目标换流电感，自零逐渐增大，其中，所述目标桥臂为所述至少二个桥臂中除所述第二桥臂之外的桥臂，所述目标换流电感为与所述目标桥臂连接的换流电感，所述目标电流为流经所述目标换流电感的电流。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制第一桥臂的母线电平路径导通，以使第一电流流经第一换流电感，逐渐增大包括如下步骤：控制所述第一桥臂的外管和内管导通，以使所述第一电流通过所述第一桥臂流向所述第一换流电感，逐渐增大，所述控制第一桥臂的零电平路径导通，以使所述第一电流流经所述第一换流电感，逐渐减小包括如下步骤：
控制所述第一桥臂的外管切断、内管导通，以使所述第一电流通过所述第一桥臂的内管流向所述第一换流电感，逐渐增大。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制所述第一桥臂的零电平路径及第二桥臂的母线电平路径导通，以使所述第一电流流经所述第一换流电感，逐渐减小至零，第二电流流经第二换流电感，自零逐渐增大包括如下步骤：控制所述第一桥臂的外管切断、内管导通，所述第二桥臂的外管及内管导通，以使所述第一电流通...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄柱，何乔，谭果，舒均庆，
申请(专利权)人：广东省洛仑兹技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：