利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2022105274229
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,其特征在于:软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑包括依次连接的带有箝位电容的推挽正激式高频逆变结构、高频变压器、三相四桥臂矩阵变换器、输出LC型滤波器和三相不平衡负载;

所述带有箝位电容的推挽正激式高频逆变结构包括直流输入电压Vdc、可控开关管S1、可控开关管S2和电容Cs;

高频变压器T包括原边和副边,原边包括线圈N11和线圈N12,副边包括线圈N2;

所述三相四桥臂矩阵变换器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂,应对不平衡工况的第四桥臂;

第一桥臂包括可控开关管Sa1、可控开关管Sa4、可控开关管Sa2和可控开关管Sa3,第二桥臂包括可控开关管Sb1、可控开关管Sb4、可控开关管Sb2和可控开关管Sb3,第三桥臂包括可控开关管Sc1、可控开关管Sc4、可控开关管Sc2和可控开关管Sc3构成,第四桥臂包括可控开关管Sd1、可控开关管Sd4、可控开关管Sd2和可控开关管Sd3;

所述LC型滤波器包括第一电感La、第二电感Lb、第三电感Lc、第四电感Ld、第一电容Ca、第二电容Cb和第三电容Cc;

所述三相不平衡负载包括负载Ra、负载Rb和负载Rc,负载参数不同;

所述软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,包括SPWM信号生成方法、解构复建方法和第四桥臂独立控制方法;

SPWM信号生成方法生成6路脉宽调制信号SPWM1、SPWM2、SPWM3、SPWM4、SPWM5、SPWM6,具体包括以下步骤:A1、给定期望输出的平衡的三相正弦信号;

A2、三相正弦信号和锯齿载波比较生成互补的SPWM1和SPWM2、互补的SPWM3和SPWM4、互补的SPWM5和SPWM6;

解构复建方法具体包括以下步骤:

B1、SPWM2、SPWM4、SPWM6通过“与”逻辑生成信号A;SPWM2、SPWM4、SPWM6通过“或”逻辑生成信号B;

B2、信号A进行二分频得到V1并取反生成 同时信号B也进行二分频并取反生成V2、B3、V1和 进行“与非”逻辑获得中间信号Vm,V2和 进行“与非”逻辑获得中间信号Vp;

B4、对Vm取反获得前级可控开关管S1的驱动信号以及对Vp取反获得前级可控开关管S2的驱动信号;

B5、中间信号Vp和6路SPWM调制信号进行“或”逻辑生成前三桥臂开关管Sa1、Sb1、Sc1、Sa2、Sb2、Sc2的驱动信号,中间信号Vm和6路SPWM调制信号进行“或”逻辑生成前三桥臂开关管Sa3、Sb3、Sc3、Sa4、Sb4、Sc4的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的一种软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,其特征在于:直流输入电压Vdc的正极分别与可控开关管S1的集电极、线圈N12一端相连,直流输入电压Vdc的负极分别与可控开关管S2的发射极、线圈N11一端相连;可控开关管S1的发射极分别与箝位电容Cs一端、线圈N11另一端相连;可控开关管S2的集电极分别与箝位电容Cs另一端、线圈N12另一端相连;

高频变压器T副边N2的一端分别与可控开关管Sa1的集电极、可控开关管Sb1的集电极、可控开关管Sc1的集电极、可控开关管Sd1的集电极相连,高频变压器T副边N2的另一端分别与可控开关管Sa3的集电极、可控开关管Sb3的集电极、可控开关管Sc3的集电极、可控开关管Sd3的集电极相连;可控开关管Sa1的发射极与可控开关管Sa4的发射极相连,可控开关管Sb1的发射极与可控开关管Sb4的发射极相连,可控开关管Sc1的发射极与可控开关管Sc4的发射极相连,可控开关管Sd1的发射极与可控开关管Sd4的发射极相连;

可控开关管Sa2的发射极与可控开关管Sa3的发射极相连,可控开关管Sb2的发射极与可控开关管Sb3的发射极相连,可控开关管Sc2的发射极与可控开关管Sc3的发射极相连,可控开关管Sd2的发射极与可控开关管Sd3的发射极相连;

可控开关管Sa4的集电极与可控开关管Sa2的集电极相连后与第一电感La一端相连,第一电感La另一端与第一电容Ca一端、负载Ra一端相连,负载Ra另一端分别与负载Rb、负载Rc另一端相连;第一电容Ca另一端分别与第二电容Cb、第三电容Cc另一端相连;负载Ra、负载Rb、负载Rc中性点和第一电容Ca、第二电容Cb、第三电容Cc中性点相连;

可控开关管Sb4的集电极与可控开关管Sb2的集电极相连后与第二电感Lb一端相连,第二电感Lb另一端与第二电容Cb、负载Rb一端相连;

可控开关管Sc4的集电极与可控开关管Sc2的集电极相连后与第三电感Lc一端相连,第三电感Lc另一端与第三电容Cc、负载Rc一端相连;

可控开关管Sd4的集电极与可控开关管Sd2的集电极相连后与第四电感Ld一端相连,第四电感Ld另一端与第一电容Ca、第二电容Cb、第三电容Cc、负载Ra、负载Rb、负载Rc另一端相连。

3.根据权利要求1所述的一种软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,其特征在于:三相四桥臂矩阵变换器第四桥臂的控制与前三桥臂相互独立,第四桥臂独立控制方法具体包括以下步骤:C1、采样三相不平衡负载的相电压,对三相相电压求和并乘放大系数,从而得到第四桥臂的调制信号;

C2、第四桥臂的调制信号与载波相比较后产生互补的调制信号PWM7、PWM8;

C3、中间信号Vp分别和PWM7、PWM8信号进行“或”逻辑生成第四桥臂开关管Sd1、Sd2的驱动信号,中间信号Vm分别和PWM7、PWM8信号进行“或”逻辑生成第四桥臂开关管Sd3、Sd4的驱动信号。

4.根据权利要求1所述的一种软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,其特征在于:在所述脉宽调制方法控制下,可控开关管S1、可控开关管S2交替导通,且可控开关管S1和可控开关管S2的驱动之间自带死区;当可控开关管S1导通且可控开关管S2关断时,前级电路向后级输出正电压;当可控开关管S2导通且可控开关管S1关断时,前级电路向后级输出负电压;当可控开关管S1和可控开关管S2都关断时,前级电路向后级输出零电压。

5.根据权利要求1所述的一种软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,其特征在于:前级开关管的驱动信号特征与单相推挽正激型高频链矩阵式变换器调制方法下的前级开关管驱动信号特征不同。

6.根据权利要求1所述的一种软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,其特征在于:当前级电路向后级输出正电压时,正组开关管Sa1、Sb1、Sc1、Sd1、Sa2、Sb2、Sc2、Sd2处于高频调制状态,负组开关管Sa3、Sb3、Sc3、Sd3、Sa4、Sb4、Sc4、Sd4则全部导通;当前级电路向后级输出负电压时,负组开关管Sa3、Sb3、Sc3、Sd3、Sa4、Sb4、Sc4、Sd4处于高频调制状态,正组开关管Sa1、Sb1、Sc1、Sd1、Sa2、Sb2、Sc2、Sd2则全部导通;当前级电路向后级传输零电压时,后级矩阵变换器开关管全部开通进入续流状态。

7.根据权利要求1所述的一种软开关高频链四桥臂矩阵逆变器拓扑的脉宽调制方法,其特征在于:在不平衡工况下能够借助箝位电容来吸收变压器漏感的能量,实现前级开关管的ZCS开通以及ZVS关断,并且使开关管两端的电压应力处于[0,2Vdc],所述脉宽调制方法在变压器原副边产生了零电压时刻,能够使后级开关管实现ZVS开通以及ZVS关断;并且由于前级开关管S1和S2驱动信号等宽驱动,变压器原副边电流和箝位电容两端的电压电流连续且平滑;而单相的推挽正激型高频链矩阵逆变器由于前级开关管S1和S2驱动信号按正弦规律变化,导致变压器原副边电流和箝位电容两端的电压电流也按二倍工频的正弦脉动。