CN101345489B - 限制反向恢复电流的变流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了限制反向恢复电流的变流器，主要包括等效直流电源、升压变换器、可控电容支路、三相输出变流器；所述等效直流电源的正负输出端分别与升压变换器的直流输入正负两端连接；所述升压变换器的直流输出正端和可控电容支路的一端以及三相输出变流器的正母线端连接；升压变换器的直流输出负端和可控电容支路的另一端以及三相输出变流器的负母线端连接；三相输出变流器的三相交流端分别与三相负载或三相电网相接提供电能。本发明相对于传统多电平变流器方案，控制简单，器件的利用率得到提高，装置的可靠性得到提高。

Description

限制反向恢复电流的变流器

技术领域：

本发明涉及一种DC/AC变流器，特别涉及一种限制反向恢复电流的高功率密度输出的DC/AC变流器。

背景技术：

随着社会发展，传统能源日益紧张，新型清洁能源(如太阳能、燃料电池)发电技术越来越受到人们的关注。由于可再生能源等效直流输出电压可能在很大范围内变化，并网发电时就需要高效的DC/AC变流器进行直流/交流电压变换。

目前，DC/AC变流器主要包括两类：

1、隔离型DC/AC变流器。这种隔离型DC/AC变流器输入端与输出端电气不相通，通过脉冲变压器的磁耦合方式传递能量，输入输出完全电气隔离，其优点在于能实现电网和发电源的电器隔离，因而系统安全性好；通过设计变压器的变化比较容易实现电压变换，因而控制相对简单。但是由于全部功率要通过变压器，因而系统的效率相对降低。

2、非隔离型DC/AC变流器。这种非隔离型DC/AC变流器输入端与输出端电气相通，没有隔离，主要采用BOOST型电路来实现直流电压调整，电路结构简单，相对于隔离型DC/AC变流器的效率相对较高。但是在三相输出供电系统中，由于高耐压器件相对于低耐压器件的反向恢复特性要差很多，因而非隔离型三相DC/AC变流器难以在低成本的前提下提高功率密度；而如果采用多电平拓扑结构，控制的复杂性增加，装置的可靠性下降。

发明内容：

本发明针对上述现有三相DC/AC变流器控制中所存在的不足，而提供一种成本低，可靠性高，功率密度高的限制反向恢复电流的三相DC/AC变流器。

为了达到上述目的，本发明所提供的限制反向恢复电流的变流器，主要包括等效直流电源、升压变换器、可控电容支路、三相输出变流器；所述等效直流电源的正负输出端分别与升压变换器的直流输入正负两端连接；所述升压变换器的直流输出正端和可控电容支路的一端以及三相输出变流器的正母线端连接；升压变换器的直流输出负端和可控电容支路的另一端以及三相输出变流器的负母线端连接；所述三相输出变流器的三相交流端分别与三相负载或三相电网相接提供电能。

所述可控电容支路的控制开关的反向恢复特性优于所述升压变换器的二极管的反向恢复特性，从而能降低升压变换器的工作损耗，提高升压变换器的工作频率。

所述可控电容支路的控制开关的反向恢复特性优于所述三相输出变流器一个开关管的反向恢复特性，从而能降低三相输出变流器的换流损耗，提高三相输出变流器的工作频率。

所述三相输出变流器可为由慢速IGBT器件或普通MOSFET组成的逆变器。

所述三相输出变流器也可为由不同类型的开关器件组合而成的逆变器。

所述三相输出变流器中至少有一个开关器件的反向恢复特性比所述可控电容支路的控制开关的反向恢复特性差，从而能提高三相输出变流器的性价比。

所述可控电容支路的控制开关和电容的物理位置可以互换。

所述升压变换器的升压控制开关的开通必须在所述可控电容支路的控制开关开关管关断期间进行，从而最大程度降低升压控制开关的开通损耗。

根据上述技术方案得到的限制反向恢复电流的三相DC/AC变流器的控制能够达到下述优点：

1、通过所述的可控电容支路开关控制可以实现对所述的输出变流器和升压变换器的所有开关管进行反向恢复电流限制，同时所述的可控电容支路开关管容量相对于其他开关管可以很小，这样在低成本前提下，提高了整个变流器的功率密度和效率。

2、相对于传统多电平变流器方案，控制简单，器件的利用率得到提高，装置的可靠性得到提高。

3、通过所述的电路中的各个器件反向特性限制和规定能够很好的降低器件的损耗、提高器件的工作频率和器件的性价比。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的电路原理图

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

根据图1，本发明所述限制反向恢复电流的三相DC/AC变流器包括等效直流电源1、升压变换器2、可控电容支路3、三相输出变流器4。图上所显示出的等效直流电源1的输出电压经过升压变换器2馈送至可控电容支路3两端以及三相输出变流器4直流母线的两端，经输出三相变流器变换后，产生相应的交流电压，将电能提供给负载或直接馈送至电网。

具体连接如图1，等效直流电源1的正负输出端分别与升压变换器2的直流输入正负两端连接在一起；升压变换器2的直流输出正端和可控电容支路3的一端以及输出变流器4的正母线端连接在一起；升压变换器2的直流输出负端和可控电容支路3的另一端以及三相输出变流器4的负母线端连接在一起；三相输出变流器4的三相交流端分别与三相负载或三相电网相接提供电能。

升压变换器2包括电感L、二极管VD8以及开关管VT8，升压变换器2起到直流电压调整的作用。

可控电容支路3包括平波电容C和由二极管VD7与开关管VT7组合而成的复合控制开关，其中可控电容支路3的控制开关和电容的连接位置可以互换，可控电容支路3起到控制升压变换器和输出变流器各个开关反向恢复电流作用。为了能降低升压变换器2的工作损耗，提高升压变换器2的工作频率，可控电容支路3的控制开关的反向恢复特性优于所述升压变换器的二极管VD8的反向恢复特性；为了能降低三相输出变流器4的换流损耗，提高三相输出变流器4的工作频率，可控电容支路3的控制开关的反向恢复特性优于三相输出变流器4一个开关管的反向恢复特性。

三相输出变流器4将直流电压变换成相应的三相交流电能提供给电网或负载。本发明中三相输出变流器4中至少有一个开关器件的反向恢复特性比可控电容支路3的控制开关的反向恢复特性差，这样从而能提高三相输出变流器的性价比。

整个装置在运行时升压变换器2的升压控制开关其开通必有在所述可控电容支路3的控制开关开关管VT7关断期间进行，这样能够最大程度降低升压控制开关的开通损耗。

本发明中升压变换器2中的升压电感串在正直流母线上，同时其也可以串在负直流母线上，其中器件可以是金属氧化物半导体场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT或其他可控器件。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.限制反向恢复电流的变流器，主要包括等效直流电源、升压变换器、可控电容支路、三相输出变流器；其特征在于，所述等效直流电源的正负输出端分别与升压变换器的直流输入正负两端分别连接；所述升压变换器的直流输出正端和可控电容支路的一端以及三相输出变流器的正母线端连接在一起；升压变换器的直流输出负端和可控电容支路的另一端以及三相输出变流器的负母线端连接在一起；三相输出变流器的三相交流端分别与三相负载或三相电网分别相接提供电能；

所述可控电容支路包括平波电容(C)和由二极管(VD7)与开关管(VT7)组合而成的复合控制开关；

所述可控电容支路的控制开关的反向恢复特性优于所述升压变换器的二极管的反向恢复特性；

所述三相输出变流器中至少有一个开关器件的反向恢复特性比所述可控电容支路的控制开关的反向恢复特性差。

2.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的变流器，其特征在于，所述三相输出变流器可为由慢速IGBT器件或普通MOSFET组成的逆变器。

3.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的变流器，其特征在于，所述三相输出变流器为由不同类型的开关器件组合而成的逆变器。

4.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的变流器，其特征在于，所述可控电容支路的控制开关和电容的物理位置可以互换。

5.根据权利要求1所述的限制反向恢复电流的变流器，其特征在于，所述升压变换器的升压控制开关的开通必须在所述可控电容支路的控制开关开关管关断期间进行。

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