基于空間矢量調制的三相整流轉換器PWM方案制造技術

本發明專利技術提供了一種矩陣整流器，包括由相A和相B構成的橋x和由相A和相C構成的橋y，其中每個輸入相A，B和C包括兩個串聯連接的雙向開關。本發明專利技術的操作所述矩陣整流器的方法包括在所述輸入相A，B和C的兩個連續的零電壓交叉點之間的每個60°間隔中，將所述橋x和橋y作為獨立的全橋相移轉換器來進行操作。在每個60°間隔的第一個30°區間中，所述橋x和橋y在每個開關周期中以第一矢量順序被操作，所述第一矢量順序被分為

PWM scheme of three phase rectifier converter based on space vector modulation

The present invention provides a matrix rectifier, including a bridge x composed of phase A and phase B and a bridge y composed of phase A and phase C, each of which consists of two bidirectional switches connected in series. The method of the operation of the present invention includes the operation of the bridge X and the bridge y as an independent full bridge phase shift converter in each 60 degree interval between the two continuous zero voltage crossover points of the input phase A, B and C. In the first 30 degree interval at each 60 degree interval, the bridge X and the bridge y are operated in the first vector order in each switch period, and the first vector sequence is divided into the first vector sequence.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】基于空間矢量調制的三相整流轉換器PWM方案
本專利技術涉及基于空間矢量調制(SVM)的三相整流轉換器脈寬調整(PWM)方案。
技術介紹
當需要減小轉換器的尺寸和重量時，要以高頻率進行電氣隔離。典型地，單級功率轉換可以通過直接矩陣型功率因數校正(PFC)整流器來實現，該直流矩陣型功率因數校正(PFC)整流器將工業頻率交流電壓直接轉換成供應給高頻隔離變壓器的高頻交流電壓，并且其次級電壓被整流成所需的直流輸出電壓。圖1顯示了一個三相單級隔離式高頻PWM矩陣整流器。圖1所示的電路既可以利用本節中討論的已知PWM方案，也可以利用根據在下面的具體實施方案部分中討論的本專利技術的優選實施例的新型PWM方案來使用。圖1顯示了一個隔離式矩陣整流器。在圖1的描述中，“線路側”、“電網側”和“初級側”是指在變壓器Tr的左側與A，B，C每一相的線電壓va、vb、vc相連接的部分的電路，而“負載側”和“次級側”是指在變壓器Tr的右側與輸出電壓Vo相連接的部分的電路，即，負載。在線路側，三相交流電流合并為單相交流電流，在負載側，單相交流電流由二極管D1至D4整流，以提供直流電流。圖1的隔離式矩陣整流器包括：濾波電感器Lf和濾波電容器Cf，濾波電感器Lf和濾波電容器Cf構成了減小總諧波失真(THD)的線路側濾波器；以橋接方式布置成3相-1相矩陣轉換器的雙向開關S1至S6；在線路側電路和負載側電路之間提供高電壓隔離的變壓器Tr；以橋接方式布置以提供輸出整流的四個二極管D1到D4；以及構成用于輸出電壓的濾波器的輸出電感器Lo和輸出電容器Co。在此隔離式矩陣整流器中，雙向開關用于在任一方向上打開或關閉電流路徑。如圖1所示，雙向開關包括串聯連接的兩個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。由于MOSFET的反并聯二極管，MOSFET只能關斷一個方向的電流。通過以源極對源極或漏極對漏極的方式連接兩個MOSFET，可以實現雙向開關。如果使用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，則兩個IGBT可以并聯或串聯連接，來構成雙向開關。在等人的文章“AZero-VoltageSwitched,Three-phaseIsolatedPWMBuckRectifier(零電壓開關三相隔離式PWM降壓整流器)”(IEEETrans.PowerElectron.,Vol.10,No.2,1995年3月，第148-157頁)中，介紹了一種如圖1所示的現有的三相單級隔離式高頻PWM整流器。圖1所示的PWM整流器能夠對所有功率半導體器件進行功率因數校正(單位功率因數)，低諧波電流失真以及實現零電壓開關(ZVS)。圖1中的電容C21和C11是可用于ZVS的寄生電容。等人的現有轉換器使用兩個全橋相移(FB-PS)轉換器子拓撲，相A和B構成“轉換器x”(也可以稱為橋x)，相A和C構成“轉換器y”(其中也可以稱為橋y)。轉換器x和y在開關周期內交替操作。每個轉換器都有一個串聯電感器，其降低了有效占空比并延長換相時間，從而產生更大的電流紋波和更大的輸出電感。上述占空比損失限制了轉換器在更高開關頻率下的操作，這導致轉換效率和功率密度降低。當輕負載情況下需要大的漏電感來擴展ZVS時，等人的現有PWM方案與本專利技術的優選實施例的PWM方案相比，產生更大的THD。
技術實現思路
為了克服上述問題，本專利技術的優選實施例提供了這樣一種PWM方案，其中占空比損失顯著減小(其防止有效占空比的減小)，在輕負載期間提高效率，峰值輸出電感器電流紋波顯著減少，并且線路側電流的總THD顯著降低。本專利技術的優選實施例提供了一種操作矩陣整流器的方法。所述矩陣整流器包括：輸入相A，B和C，所述輸入相A，B和C中的每個相包括兩個串聯連接的雙向開關；連接到所述輸入相A，B和C的變壓器；連接到所述變壓器的整流橋；由相A和相B構成的橋x；以及由相A和相C構成的橋y。該操作所述矩陣轉換器的方法包括在所述輸入相A，B和C的兩個連續的零電壓交叉點之間的每個60°間隔中，將所述橋x和橋y作為獨立的全橋相移轉換器來進行操作。在每個60°間隔的第一個30°區間中，所述橋x和橋y在每個開關周期中以第一矢量順序被操作，其中每個矢量表示所述雙向開關的開關狀態；并且所述第一矢量順序被分為的順序，其中和分別表示當iP>0和iP<0時橋x的矢量的開關狀態，和分別表示當iP>0和iP<0時橋y的矢量的開關狀態。較佳地，所述第一矢量順序中每個矢量的駐留時間分別是Tx/2，Ty/2，T0/2，Tx/2，Ty/2和T0/2，其中Tx、Ty和T0分別是和的駐留時間。較佳地，在每個60°間隔的第二個30°區間中，所述橋x和y在每個開關周期中以第二矢量順序被操作，所述第二矢量順序被分為的順序。較佳地，所述第二矢量順序中每個矢量的駐留時間分別是Ty/2，Tx/2，T0/2，Ty/2，Tx/2和T0/2。較佳地，同時實現單位功率因數和輸出電壓調節。本專利技術的優選實施例提供了一種矩陣整流器，包括：輸入相A，B和C，所述輸入相A，B和C中的每個相包括兩個串聯連接的雙向開關；連接到所述輸入相A，B和C的變壓器；連接到所述變壓器的整流橋；由相A和相B構成的橋x；由相A和相C構成的橋y；以及控制器，在所述輸入相A，B和C的兩個連續的零電壓交叉點之間的每個60°間隔中，所述控制器將所述橋x和橋y作為獨立的全橋相移轉換器來進行操作。在每個60°間隔的第一個30°區間中，所述控制器在每個開關周期中以第一矢量順序操作所述橋x和橋y，其中每個矢量表示所述雙向開關的開關狀態；并且所述第一矢量順序被分為的順序，其中和分別表示當iP>0和iP<0時所述橋x的矢量的開關狀態，和分別表示當iP>0和iP<0時所述橋y的矢量的開關狀態。較佳地，所述第一矢量順序中每個矢量的駐留時間分別是Tx/2，Ty/2，T0/2，Tx/2，Ty/2和T0/2，其中Tx、Ty和T0分別是和的駐留時間。較佳地，在每個60°間隔的第二個30°區間中，所述控制器在每個開關周期中以第二矢量順序操作所述橋x和橋y，所述第二矢量順序被分為的順序。所述第二矢量順序中每個矢量的駐留時間分別是Ty/2，Tx/2，T0/2，Ty/2，Tx/2和T0/2。較佳地，同時實現單位功率因數和輸出電壓調節。參照結合附圖的本專利技術的優選實施例的以下詳細描述，本專利技術的上述內容和其他特征、元素、特性、步驟和優點將變得顯而易見。附圖說明圖1示出了一個隔離式矩陣整流器。圖2A和圖2B示出了電流空間矢量表記。圖2C示出了變壓器初級電壓的包絡。圖3示出了通過來合成參考電流圖4A和圖4B示出各種電路波形。圖5A和圖5B示出占空比損失的比較。圖6A和圖6B示出了輸出電感器電流紋波的包絡。圖7A和圖7B是圖6A和圖6B的電流包絡的最大電流紋波的近視圖。圖8A和圖8B示出了本專利技術優選實施例的PWM方案和已知的PWM方案的模擬。圖8C示出了圖1的矩陣整流器的模擬的線路側相電壓和電流。圖9A和圖9B示出了電感器輸出電流和變壓器初級電壓。圖10顯示了15％負載時的總諧波失真。圖11示出了圖1的矩陣整流器的PWM波形。圖12示出了圖1的矩陣整流器的橋x和橋y。圖13本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種操作矩陣整流器的方法，其特征在于，所述矩陣整流器包括：輸入相A，B和C，所述輸入相A，B和C中的每個相包括兩個串聯連接的雙向開關；連接到所述輸入相A，B和C的變壓器；連接到所述變壓器的整流橋；由相A和相B構成的橋x；以及由相A和相C構成的橋y；所述方法包括：在所述輸入相A，B和C的兩個連續的零電壓交叉點之間的每個60°間隔中，將所述橋x和橋y作為獨立的全橋相移轉換器來進行操作；其中，在每個60°間隔的第一個30°區間中，所述橋x和橋y在每個開關周期中以第一矢量順序被操作，其中每個矢量表示所述雙向開關的開關狀態；并且所述第一矢量順序被分為

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2015.09.18 US 62/220,4711.一種操作矩陣整流器的方法，其特征在于，所述矩陣整流器包括：輸入相A，B和C，所述輸入相A，B和C中的每個相包括兩個串聯連接的雙向開關；連接到所述輸入相A，B和C的變壓器；連接到所述變壓器的整流橋；由相A和相B構成的橋x；以及由相A和相C構成的橋y；所述方法包括：在所述輸入相A，B和C的兩個連續的零電壓交叉點之間的每個60°間隔中，將所述橋x和橋y作為獨立的全橋相移轉換器來進行操作；其中，在每個60°間隔的第一個30°區間中，所述橋x和橋y在每個開關周期中以第一矢量順序被操作，其中每個矢量表示所述雙向開關的開關狀態；并且所述第一矢量順序被分為的順序，其中和分別表示當iP>0和iP<0時橋x的矢量的開關狀態，和分別表示當iP>0和iP<0時橋y的矢量的開關狀態。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一矢量順序中每個矢量的駐留時間分別是Tx/2，Ty/2，T0/2，Tx/2，Ty/2和T0/2，其中Tx、Ty和T0分別是和的駐留時間。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在每個60°間隔的第二個30°區間中，所述橋x和橋y在每個開關周期中以第二矢量順序操作；并且所述第二矢量順序列被分成的順序。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二矢量順序中每個矢量的駐留時間分別是Ty/2，Tx/2，T0/2，Ty/2，Tx/2和T0/2。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，同時...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·阿夫什阿里昂，許德偉，龔冰，楊志華，
申請(專利權)人：株式會社村田制作所，
類型：發明
國別省市：日本,JP