一种并联电桥型阻抗网络功率变换器，包括有电桥型阻抗网络电路。该电桥型阻抗网络电路由第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电感(L2)和第二电容(C2)顺序首尾串联连接形成。双向开关(33)对角连接于电桥型阻抗网络电路(12)的两个连接点(A、B)。电源(10)连接于输入侧功率变换器(11)的桥臂中点，输入侧功率变换器(11)的正极与电桥型阻抗网络电路(12)的输入节点(P1)连接、再与输出侧功率变换器(22)的正极连接，输入侧功率变换器(11)的负极与电桥型阻抗网络电路(12)的输出节点(P2)连接、再与与输出侧功率变换器(22)的负极连接，负载(20)连接于输出侧功率变换器(22)的桥臂中点。通过所述的双向开关(33)控制电桥的拓扑结构，实现不同的变换目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种并联电桥型阻抗网络功率变换器，特别涉及一种包括电桥型阻抗网络电路的并联电桥型阻抗网络功率变换器。
技术介绍
在电机驱动、新能源发电和电动汽车等领域均需要进行AC-DC-AC等电力变换处理，常用的电力变换技术有AC-DC整流技术以及DC-AC逆变技术。传统的电力变换系统在 AC-DC变换级采用二极管不控整流，会给电网注入谐波，影响电能质量，并且能量只能单向流动，从电源侧流向负载侧。为了实现绿色电能变换、减少电网污染、并且提高电能利用效率，具有高功率因数并能实现能量的双向流动的电力变换系统势在必行。该变换系统采用高频可控整流和高频可控逆变技术，如图1所示。在上述系统中整流级和逆变级均采用高频可控开关器件实现，在电路结构上具有对称性或对偶性，可以等效分析。概括起来，目前存在的AC-DC或DC-AC变换拓扑结构主要分为两类，电压源变换器和电流源变换器。图2是典型的电压源变换器，该电路由三相电源与电感，三相功率变换器和直流电容构成，其中功率变换器由6个带有反并联二极管的功率开关组成三相H桥结构。传统电压型变换器AC-DC整流时具备BOOST电路特性，使得输出电压升高，因此带来以下缺点 提高了直流母线的电压，增加了功率器件的开关应力。该电路只能升压、不能降压，在对蓄电池充电的场合，需要较大范围调节其充电电压，该变换电路输出电压范围窄，难满足要求。同一桥臂的两个开关管不能同时导通，否者桥臂会直通短路，损坏开关管；而电力系统的EMI干扰或噪声有可能使得桥臂误触发，从而降低了系统的可靠性。图3是典型的电流源变换器，该电路由三相电源、三相电感与电容，三相功率变换器和直流电感构成，其中功率变换器由6个带有串联二极管的功率开关组成三相H桥结构。 传统电流型变换器AC-DC整流时具备BUCK电路特性，使得输出电压降低，因此带来以下缺点该电路只能降压、不能升压，在对蓄电池充电的场合，需要较大范围调节其充电电压，该变换电路输出电压范围窄，难满足要求。同一桥臂的两个开关管不能同时断开，否者桥臂会直通开路，即电感开路过高电压损坏开关管；而电力系统的EMI干扰或噪声有可能使得桥臂误触发，从而降低了系统的可靠性。总之，传统的电压源变流器和电流源变流器存在下述共同的不足它们只能是升压/流型或者降压/流型变流器，而不可能是兼具升/降电压电流型功能的升/降电压电流型变流器，导致其输出电压电流范围有限。电压源变流器和电流源变流器其主电路不能互换使用，给电力电子系统设计者带来许多不便。系统的抗电磁干扰能力较弱。美国Peng F. Z教授提出了介于电压源和电流源之间的Z-源逆变器，又称阻抗源逆变器，如图4。该电路由直流电源、二极管、电感电容阻抗网络、三相功率变换器和交流负载构成。其中阻抗网络由两组数值相等的电感Li、L2和电容Cl、C2组成Z字型的连接，功率变换器由6个带有反并联二极管的功率开关组成三相H桥结构。由于采用独特的阻抗型网络，阻抗源逆变器可以工作于正常逆变状态和直通状态。桥臂直通状态时，阻抗网络储能，从而提升直流侧电压，调节逆变器输出电压，具备BOOST电路特性。正常逆变状态，类似传统逆变器，具备BUCK电路特性。阻抗源逆变器是一种新的电力电子电路拓扑，单级变换高效；同时具备BOOST和BUCK电路特性，可以升压和降压，允许输入电压大范围变化；提供电压跌落时的穿越能力，减少浪涌和谐波电流；不怕直通故障。对现有阻抗源变流器的拓扑结构分析可以发现，阻抗源网络实质可以等效为一个二端口网络，该二端口网络位于电源与负载之间，并联连接与正负母线间。综合起来，现有阻抗源逆变器亦存在一些不足，1)阻抗源变流器元器件电应力较高，无源阻抗网络较大； 2)阻抗源网络采用Z型连接，其结构复杂，功率母排设计比较困难；3)阻抗源逆变器在轻负载和低功率因数时系统输出电压失控、容易出现振荡甚至不稳定，缩小了系统应用范围， 增加了系统控制复杂性，4)在电力传动系统中，阻抗源逆变器不易顺利实现能量回馈四象限运行；5)阻抗源逆变器以PWM硬开关方式运行，增加了系统电磁騷扰，增加了开关损耗， 开关工作频率难以提高以较小变换器体积和重量。以上这些阻碍了阻抗源逆变器的推广应用。为了进一步提高电力电子变换器的效率，提高开关工作频率，改善系统电磁兼容性，除了 PWM硬开关技术广泛应用于工程领域外，PWM和谐振技术相结合的软开关技术研究也取得了很大的进展，谐振型变换器得到大量应用。按照谐振腔元件的谐振方式，分为串联谐振型变换器和并联谐振型变换器两类。按负载与谐振电路的连接方式，分为负载与谐振回路串联的串联负载谐振型变换器和并联负载谐振型变换器。按照谐振元件与功率开关的连接方式，有零电压/零电流开关准谐振与多谐振变换器。功率变换器采用PWM调制控制方式，又有零电压/零电流开关/转换PWM变换器(ZVS/ZVT，ZCS/ZCT PWM变换器)。软开关功率变换器是电力电子领域的重大进展，具有良好的发展和应用前景。图5是串联谐振变换器，该电路由三相电源与电感、三相功率变换器、电感、电容以及电阻负载构成，其中功率变换器由6个功率开关组成三相H桥结构。在该电路中，电感与电容串联连接构成谐振槽以实现串联谐振，功率开关在谐振电压电流过零时开通或关断，以实现软开关的效果。图6是并联谐振变换器，该电路由三相电源、三相电感和电容、三相功率变换器， 电感、电容以及电阻负载构成，其中功率变换器由6个功率开关组成三相H桥结构。在该电路中，电感与电容并联连接构成谐振槽以实现并联谐振，功率开关在谐振电压电流过零时开通或关断，以实现软开关的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有功率变换器不能同时兼有升或降电流型功能，不能同时实现软开关运行的缺点，提出一种新型电桥型阻抗网络电路，以及一种包括所述电桥型阻抗网络的功率变换器。本专利技术并联电桥型阻抗网络功率变换器同时兼有升或降电流的功能，可实现能量回馈双向功率流运行，其功率开关具有软开关运行环境，从而提高功率变换器系统变换效率、同时减小体积和重量、提高可靠性。本专利技术的电桥型阻抗网络电路由第一电感、第一电容、第二电感和第二电容顺序首尾串联连接形成，该电桥型阻抗网络电路有四个连接点，双向开关对角连接于所述电桥型阻抗网络电路的两个连接点，构成电桥型阻抗网络电路。所述电桥型阻抗网络电路的另外两个连接点分别为输入节点和输出节点。所述双向开关包括第一开关和第二开关，且第一开关和第二开关均为电力电子功率开关。所述双向开关的组成形式为以下三种中的任意一种所述第一开关和第二开关均为逆阻型IGBT开关器件(RB-IGBT)，且两开关反向并联组成；或者所述第一开关和第二开关均为带续流二极管的IGBT开关器件，且两开关反向串联组成，其中两个IGBT开关的集电极互联；或者所述第一开关和第二开关均为带续流二极管的IGBT开关器件，且两开关反向串联组成，其中两个IGBT开关的发射极互联。本专利技术并联电桥型阻抗网络功率变换器由电源、输入侧功率变换器、电桥型阻抗网络电路、输出侧功率变换器和负载组成。所述的输入侧功率变换器和输出侧功率变换器采用电压型变换器或电流型变换器，变换器的相数可以为单相、二相、三相或多相。电源的相数与输入侧功率变换器的相数相同，负载的相数与输出侧功率变换器的相本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电桥型阻抗网络电路，其特征在于所述的电桥型阻抗网络电路（１２）由第一电感（Ｌ１）、第一电容（Ｃ１）、第二电感（Ｌ２）和第二电容（Ｃ２）顺序首尾串联连接形成，所述的电桥型阻抗网络电路（１２）有四个连接点（Ａ、Ｐ１、Ｂ、Ｐ２），双向开关（３３）对角连接于所述的电桥型阻抗网络电路的两个连接点（Ａ、Ｂ）；所述的电桥型阻抗网络电路的另外两个连接点（Ｐ１、Ｐ２）分别为输入节点（Ｐ１）和输出节点（Ｐ２）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许海平，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11
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