專利名稱：雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換器，屬于隔離型 高頻功率變換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
逆變電路是一種把直流電能裝換成交流電能的拓?fù)溲b置。傳統(tǒng)逆變器常分為方波輸出型和正弦波輸出型，當(dāng)涉及隔離及升降壓時需要在 逆變器輸出(或公共電網(wǎng))之間加入工頻變壓器，具有體積大、重量沉、工頻噪聲以及動 態(tài)相應(yīng)差等缺點。高頻鏈逆變器采用高頻變壓器替代工頻變壓器克服了傳統(tǒng)變壓器的隔離應(yīng)用的 缺點。高頻鏈逆變器的功率特征是DC/HFAC/LFAC三步功率變換過程，其中，HFAC : 高頻交流，LFAC :低頻交流，可見此類逆變器中出現(xiàn)了 AC/AC即交流/交流變換環(huán) 節(jié)，該環(huán)節(jié)也常稱為周波變換器或矩陣變換器環(huán)節(jié)。矩陣變換器與傳統(tǒng)變換器相比，沒 有中間儲能環(huán)節(jié)，采用雙向開關(guān)，可以實現(xiàn)能量的雙向流動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率 高，且輸出電壓幅值和頻率可以獨立控制。在三相交流電的應(yīng)用中不平衡問題是一個嚴(yán)重問題，三相不平衡問題包括兩個 方面，即三相負(fù)載不平衡和三相電源不平衡。三相負(fù)載不平衡是指三相系統(tǒng)中的負(fù)載阻 抗不完全相等，三相電源不平衡是指三相電力系統(tǒng)中的三相電動勢不平衡。在三相逆變 器等設(shè)備中，主要指由于負(fù)載不平衡引起的三相輸出電壓不平衡，而且在一般場合的電 源系統(tǒng)中，負(fù)載還往往是不平衡且變化的，這就要求逆變器形成三相四線輸出制。本實用新型采用高頻鏈變換解決工頻變壓器笨重的缺點，采用升壓可調(diào)幅逆變 使得變壓器的設(shè)計更為簡潔且可以減少其寄生參數(shù)影響，以具有交流/交流變換能力的 四臂對三相輸出型矩陣變換器解決負(fù)載不平衡的影響，是一種新型實用的功率變換拓 撲。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種可以節(jié)省開關(guān)器件和開關(guān)損耗，又可以解決三 相平衡問題，同時兼具高頻鏈和矩陣式變換器優(yōu)點的高功率密度能量變換拓?fù)?。所設(shè) 計的主電路拓?fù)鋵⑷嗨谋蹖夹g(shù)應(yīng)用到矩陣式逆變器拓?fù)渲?，并將其用作高頻鏈逆變 器的后級，不但可以解決三相負(fù)載不平衡的問題，還兼具矩陣變換器和高頻鏈變換的優(yōu)點。雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換拓?fù)涔β首儞Q結(jié)構(gòu)包括雙Boost 高頻逆變電路，高頻隔離變壓器，矩陣式三相四臂對變換器。雙Boost高頻逆變電路實 現(xiàn)直流向高頻交流的轉(zhuǎn)變并將其輸出作為高頻隔離變壓器的原邊輸入，高頻隔離變壓器 起到隔離和能量傳輸?shù)淖饔闷涓边呡敵鲎鳛榫仃囀饺嗨谋蹖ψ儞Q器的輸入，矩陣式三 相四臂對變換器起到高頻單相交流向低頻三相交流轉(zhuǎn)換的作用具有帶三相不平衡負(fù)載的能力。本實用新型的有益效果是高頻鏈前級采用雙Boost電路驅(qū)動，高頻鏈后級結(jié)合 了三相四臂對和矩陣式變換器的優(yōu)點，有效減少了開關(guān)個數(shù)和開關(guān)損耗，同時解決了三 相不平衡負(fù)載的問題。

圖1為本實用新型的前級雙Boost高頻逆變電路拓?fù)?。圖2為本實用新型采用共集電極反向串聯(lián)IGBT組合雙向開關(guān)圖3為本實用新型具有雙Boost前級電路的高頻鏈矩陣式三相四臂對變換拓?fù)洹?br> 具體實施方式
圖1為所設(shè)計的雙Boost高頻逆變電路拓?fù)?。它由兩個全控開關(guān)和兩個儲能電 感組成，兩個全控開關(guān)Ml和M2的觸發(fā)脈沖Gl和G2為兩重兩相的，并且相位相差180 度的方波。該雙Boost高頻逆變電路的結(jié)構(gòu)類似普通的交錯并聯(lián)型的雙Boost DC/DC變 換電路。不同的是雙Boost高頻逆變電路的輸出省去了其中的二極管，且直接在二極管 的位置掛接負(fù)載，從而變直流輸出為高頻交流輸出。通過控制兩個Boost變換器交替工 作，可以實現(xiàn)DC/HFAC的能量變換。本設(shè)計中具體由功率場效應(yīng)管開關(guān)Ml、M2和電 感Li、L2連接而成，兩個場效應(yīng)管的源極及漏極分別接在直流輸入電源DC的低電位端 和電感Li、L2之間，電感Li、L2分別連接在直流輸入電源DC的高電位端和場效應(yīng)管 Ml、M2的漏極之間，場效應(yīng)管Ml和電感Ll的聯(lián)接點以及場效應(yīng)管M2和電感L2的聯(lián) 接點作為該升壓變壓器的輸出端。圖2為共集電極反向串聯(lián)IGBT組合雙向開關(guān)可以流動交流電能，為能量雙向流 動提供通路。此開關(guān)時構(gòu)成矩陣式三相四臂對變換器的基礎(chǔ)器件。圖3為雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換拓?fù)淇偝蓤D。由圖可見本 設(shè)計的高頻鏈逆變器主電路拓?fù)湟愿哳l變壓器作為電氣隔離和能量傳輸環(huán)節(jié)，以高頻功 率變換替代低頻功率變換實現(xiàn)小體積和高功率密度的能量轉(zhuǎn)換，由雙Boost高頻逆變前級 電路1、高頻鏈變壓器2、矩陣式三相四臂對變換器3以及系統(tǒng)輸出環(huán)節(jié)4組成。其中， 前級是高頻變壓器原邊部分的簡稱，后級是高頻變壓器副邊部分的簡稱。雙Boost高頻 逆變前級電路1的輸出連接高頻鏈變壓器2的原邊，高頻鏈變壓器2的副邊輸出作為矩陣 式三相四臂對變換器3的交流輸入，矩陣式三相四臂對變換器3的N臂對負(fù)責(zé)對不平衡負(fù) 載的平衡調(diào)整，連接輸出環(huán)節(jié)4負(fù)載的中性線。其中矩陣式三相四臂對變換器由8組圖 2所示的功率雙向開關(guān)組成橋式結(jié)構(gòu)，8組雙向開關(guān)分屬4個臂對包括1個N臂對和3個 ABC臂對一起，其中N臂對的兩個雙向開關(guān)管的串聯(lián)節(jié)點連于三個負(fù)載的星型公共點， 三個ABC臂對的兩個雙向開關(guān)的串聯(lián)節(jié)點分別連于三相負(fù)載的另一端。當(dāng)面向不平衡負(fù) 載時對此其采用SPWM、SVPWM控制時，拓?fù)淇奢敵鼍哂锌蛊胶庳?fù)載能力的低頻三相 正弦波交流電。
權(quán)利要求1.一種雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換器，該變換器包括雙Boost高 頻逆變前級電路(1)、高頻鏈變壓器(2)、矩陣式三相四臂對變換器(3)以及系統(tǒng)輸出環(huán) 節(jié)(4)，其中，前級及后級是以變壓器原副邊界定的，前級是高頻變壓器原邊前面部分的 簡稱，后級是高頻變壓器副邊后面部分的簡稱，該變換器特征在于，雙Boost高頻逆變前 級電路(1)的輸出連接高頻鏈變壓器(2)的原邊，高頻鏈變壓器(2)的副邊輸出作為矩陣 式三相四臂對變換器(3)的交流輸入，矩陣式三相四臂對變換器(3)的ABC三臂對負(fù)責(zé) 三相交流連接輸出環(huán)節(jié)(4)三相負(fù)載，矩陣式三相四臂對變換器(3)的N臂對負(fù)責(zé)對不平 衡負(fù)載的平衡調(diào)整連接輸出環(huán)節(jié)(4)負(fù)載的中性線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換器，其特征在于 雙BOOST高頻逆變電路由功率開關(guān)和電感連接而成，本設(shè)計中具體由功率場效應(yīng)管開關(guān) Ml、M2和電感Li、L2連接而成，兩個場效應(yīng)管的源極及漏極分別接在直流輸入電源 DC的低電位端和電感Li、L2之間，電感Li、L2分別連接在直流輸入電源DC的高電位 端和場效應(yīng)管Ml、M2的漏極之間，場效應(yīng)管Ml和電感Ll的聯(lián)接點以及場效應(yīng)管M2 和電感L2的聯(lián)接點作為該升壓變壓器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換器，其特征在于 矩陣式三相四臂對變換器的4個臂對由8個雙向可控開關(guān)串聯(lián)組成，每個雙向開關(guān)采用可 控功率器件IGBT兩兩反向串聯(lián)構(gòu)成，即射極內(nèi)部公共連接漏極對外連接。
專利摘要一種雙Boost逆變前級高頻鏈矩陣式三相四臂對變換器，屬隔離型高頻功率變換領(lǐng)域，包括雙Boost高頻逆變電路(1)、高頻鏈變壓器(2)、矩陣式三相四臂對變換器(3)及系統(tǒng)輸出環(huán)節(jié)(4)。雙Boost電路實現(xiàn)調(diào)幅升壓高頻逆變，高頻變壓器用于電氣隔離和能量傳遞，矩陣式三相四臂對變換器實現(xiàn)負(fù)載不平衡時的對稱及平衡交流輸出，系統(tǒng)輸出環(huán)節(jié)連接用電裝置。本實用新型的突出優(yōu)點是同時具有高頻隔離變換、升壓逆變、三相四臂對功率變換解決負(fù)載不平衡問題的功能。其它優(yōu)點升壓逆變電路器件數(shù)目僅為同容量橋式逆變的一半；升壓調(diào)壓可減少變壓器繞組匝數(shù)及其寄生參數(shù)的影響；后級各臂對結(jié)構(gòu)一致，宜模塊化易集成。
文檔編號H02M7/48GK201797450SQ200920254408
公開日2011年4月13日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者張微, 張純江, 張茜, 李建霞, 賈民立, 鄔偉揚, 閆朝陽 申請人:燕山大學(xué)