CN108418415A - 一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路及其调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路及其调制方法，包括变流器电路的逆变侧负载、滤波电容、滤波电感，整流侧滤波电感，六组由两个带反并二极管的全控型主开关构成的桥臂，在直流母线电容和六组桥臂的母线之间接入包含反并联二极管的辅助开关，箝位电容以及谐振电感组成的谐振支路，主开关和辅助开关两端并联谐振电容。本发明将辅助开关与主开关的脉冲信号进行同步，能够在每个开关周期内实现所有开关的零电压开通，有效抑制主开关反并联二极管的反向恢复电流，开关损耗小，电路效率高，有利于提高开关频率，提升系统功率密度。

Description

一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路及其调制方法

技术领域

本发明涉及变流器技术领域，尤其涉及一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路及其调制方法。

背景技术

传统的两电平三相四线制背靠背PWM变流器包括十二个含反并联二极管的全控主开关(S_i1～S_i6和S_o1～S_o6)组成的三相桥臂，在输入桥臂的输出中点与电网之间接入三个输入滤波电感(L_ai，L_bi，L_ci)，在直流母线正负端之间接入两个直流母线电容(C_dcp，C_dcn)，在输出桥臂的输出中点与负载之间接入三个输出滤波电感(L_ao，L_bo，L_co)，正负母线电容中点、电网中性点、负载中性点的中线接在一起。电路工作在硬开关状态，存在二极管反向恢复现象，换流器件开关损耗大，限制了工作频率的提高，导致需采用较大的滤波器，降低了电路效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种减小开关损耗，提高电路效率的三相四线制零电压开关背靠背变流器电路及其调制方法。

本发明内容的一个方面，提供一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路，如图1所示，包括逆变交流侧三相滤波电容C₁、C₂和C₃，三相滤波电感L_ao、L_bo、L_co，三相负载R₁、R₂和R₃，直流侧串联电容组C_dcp和C_dcn，整流侧三相滤波电感L_ai、L_bi、L_ci，包含并联二极管D_r7的辅助开关S₇、谐振电感L_r、箝位电容C_c构成的辅助谐振支路以及六组桥臂；每组桥臂由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i1、S_i4和D_i1、D_i4，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i3、S_i6和D_i3、D_i6，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i5、S_i2和D_i5、D_i2，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o1、S_o4和D_o1、D_o4，第五桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o3、S_o6和D_o3、D_o6，第六桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o5、S_o2和D_o5、D_o2，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中点分别通过输入滤波电感L_ai、L_bi、L_ci各自与a相、b相、c相交流电网连接，第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂的中点通过输出滤波电感L_ao、L_bo、L_co分别连接到上述交流侧串联负载R₁、R₂和R₃，上述六组桥臂上开关的集电极以及下开关的发射极分别并联形成桥臂正母线和负母线，正母线与直流侧串联电容组之间接入一条包含并联二极管D_r7的辅助开关S₇与箝位电容C_c构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感L_r，滤波电容C₁、C₂和C₃分别与负载R₁、R₂和R₃并联，负载R₁、R₂和R₃的一端共接并与电网的零线及直流侧串联电容组C_dcp和C_dcn的中点连接，各开关S_i1～S_i6、S_o1～S_o6和S₇的集电极与发射极两端分别并联一个谐振电容C_i1～C_i6、C_o1～C_o6和C_r7。

本发明内容的另一个方面，提供一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方法，如图2所示，包括整流侧主开关比较值计算模块、逆变侧主开关比较值计算模块、辅助开关比较值计算模块、载波信号发生模块、载波信号反向模块、第一PWM产生模块、第二PWM产生模块、第三PWM产生模块、第四PWM产生模块、第五PWM产生模块、第六PWM产生模块、第一比较器、第一延时模块；以上模块对背靠背六桥臂整流侧主开关S_i1～S_i6、逆变侧主开关S_o1～S_o6以及辅助开关S₇进行零电压开关调制。

整流侧主开关比较值模块用于产生第一、二、三桥臂的调制波信号m_ai、m_bi、m_ci，逆变侧主开关比较值模块用于产生第四、五、六桥臂的调制波信号m_ao、m_bo、m_co，辅助开关比较值计算模块用于产生辅助管的占空比信号D_aux，其中D_aux与箝位电容C_c两端电压U_Cc以及直流侧串联电容组两端的电压U_dc满足以下关系：

D_aux＝U_dc/(U_dc+U_Cc)

载波信号发生模块用于产生一个下降锯齿波信号V_{saw_down}，其周期为T_s，载波信号反向模块用于产生一个反方向的上升锯齿波信号，且与输入下降锯齿波信号同相位，第一PWM产生模块的四个输入依次为电网侧a相输入电流i_ai、调制波信号m_ai、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i1和S_i4的驱动信号V_gi1和V_gi4，第二PWM产生模块的四个输入依次为电网侧b相输入电流i_bi、调制波信号m_bi、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i3和S_i6的驱动信号V_gi3和V_gi6，第三PWM产生模块的四个输入依次为电网侧c相输入电流i_ci、调制波信号m_ci、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i5和S_i2的驱动信号V_gi5和V_gi2，第四PWM产生模块的四个输入依次为负载侧a相输出电流i_ao、调制波信号m_ao、上升沿锯齿波V_{saw_up}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o1和S_o4的驱动信号V_go1和V_go4，第五PWM产生模块的四个输入依次为负载侧b相输出电流i_bo、调制波信号m_bo、上升沿锯齿波V_{saw_up}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o3和S_o6的驱动信号V_go3和V_go6，第六PWM产生模块的四个输入依次为负载侧c相输出电流i_co、调制波信号m_co、上升沿锯齿波V_{saw_down}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o5和S_o2的驱动信号V_go5和V_go2，第一比较器的正端接辅助开关比较值计算模块的输出D_aux，负端接载波信号发生模块的输出信号V_{saw_down}，第一比较器的输出作为第一延时模块的输入，第一延时模块的输出为辅助开关管S₇的驱动信号V_g7。

上述的第一PWM产生模块、第二PWM产生模块、第三PWM产生模块、第四PWM产生模块、第五PWM产生模块、第六PWM产生模块为同一类型的模块，具有相同的结构；该类型模块均包括：电流方向检测模块、第一选择器、比较器Ⅰ、第一反相器、第一上升沿延时模块和第二上升沿延时模块；且均依次包含四个信号输入端：第一输入端用于输入电流信号i、第二输入端用于输入调制比信号m、第三输入端用于输入锯齿波V_{saw_1}和第四输入端用于输入锯齿波V_{saw_2}，两个输出信号：V_up、V_down，电流方向检测模块的输入端连接上述第一输入端，电流方向检测模块的输出作为第一选择器的选择控制信号，当电流信号i方向为正时，第一选择器选择接通第三输入端输入的锯齿波V_{saw_1}，当电流信号i方向为负时，第一选择器选择接通第四输入端输入的锯齿波V_{saw_2}，第一选择器的输出作为比较器Ⅰ负端输入，比较器Ⅰ的正端连接上述第二输入端输入的调制比信号m，比较器Ⅰ的输出分别作为第一反相器的输入，同时作为第一上升沿延时模块的输入，第一反相器的输出作为第二上升沿延时模块的输入信号，第一上升沿延时模块和第二上升沿延时模块的输出分别作为整个PWM产生模块的输出信号V_up和V_down，V_up作为相应桥臂的上开关管的驱动信号，V_down作为相应桥臂的下开关管的驱动信号。

上述的第一延时模块功能为：对输入信号延时T_d1时间后输出，第一上升沿延时模块与第二上升沿延时模块具有相同的功能，它们的功能为：对上升沿信号延时T_d2时间后输出，上述延时时间T_d1与T_d2满足：T_d2-T_d1>T_r，其中T_r为第一谐振时间，其表达式为：

其中，L_r为谐振电感的感值，C_r为等效谐振电容，满足：

C_r＝6C_res+C_r7

其中C_res为第一、二、三、四、五、六桥臂的主开关管上并联电容的容值，C_r7为辅助开关管上并联电容的容值。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

采用本发明的三相四线制零电压开关背靠背变流器电路及其调制方法，能实现工频周期内全范围零电压开关，该变换器中箝位二极管的反向恢复得到抑制，减少了电磁干扰。电路中所有功率开关器件实现软开关，开关损耗小，电路效率高，有利于提高工作频率，进而提高功率密度。

附图说明

图1为三相四线制零电压开关背靠背变流器电路。

图2为三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方式实现方法框图。

图3为三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方式实现方法框图中第一、第二、第三、第四、第五、第六PWM产生模块的具体实现方法框图。

图4为一个工频周期内根据三相输入、输出电流波形划分的十二个工作区间示意图。

图5为本发明在区间1中的脉冲控制时序图。

图6～23分别为本发明在区间1中一个开关周期的各阶段的工作等效电路。

图24为本发明在区间1中一个开关周期的主要工作电压和电流波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参照图1，三相四线制零电压开关背靠背变流器电路包括逆变交流侧三相滤波电容C₁、C₂和C₃，三相滤波电感L_ao、L_bo、L_co，三相负载R₁、R₂和R₃，直流侧串联电容组C_dcp和C_dcn，整流侧三相滤波电感L_ai、L_bi、L_ci，包含并联二极管D_r7的辅助开关S₇、谐振电感L_r、箝位电容C_c构成的辅助谐振支路以及六组桥臂；每组桥臂由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i1、S_i4和D_i1、D_i4，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i3、S_i6和D_i3、D_i6，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i5、S_i2和D_i5、D_i2，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o1、S_o4和D_o1、D_o4，第五桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o3、S_o6和D_o3、D_o6，第六桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o5、S_o2和D_o5、D_o2，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中点分别通过输入滤波电感L_ai、L_bi、L_ci各自与a相、b相、c相交流电网连接，第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂的中点通过输出滤波电感L_ao、L_bo、L_co分别连接到上述交流侧串联负载R₁、R₂和R₃，上述六组桥臂上开关的集电极以及下开关的发射极分别并联形成桥臂正母线和负母线，正母线与直流侧串联电容组之间接入一条包含并联二极管D_r7的辅助开关S₇与箝位电容C_c构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感L_r，滤波电容C₁、C₂和C₃分别与负载R₁、R₂和R₃并联，负载R₁、R₂和R₃的一端共接并与电网的零线及直流侧串联电容组C_dcp和C_dcn的中点连接，各开关S_i1～S_i6、S_o1～S_o6和S₇的集电极与发射极两端分别并联一个谐振电容C_i1～C_i6、C_o1～C_o6和C_r7。

参照图2，三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方法，包括整流侧主开关比较值计算模块、逆变侧主开关比较值计算模块、辅助开关比较值计算模块、载波信号发生模块、载波信号反向模块、第一PWM产生模块、第二PWM产生模块、第三PWM产生模块、第四PWM产生模块、第五PWM产生模块、第六PWM产生模块、第一比较器、第一延时模块；以上模块对背靠背六桥臂整流侧主开关S_i1～S_i6、逆变侧主开关S_o1～S_o6以及辅助开关S₇进行零电压开关调制；

整流侧主开关比较值模块用于产生第一、二、三桥臂的调制波信号m_ai、m_bi、m_ci，逆变侧主开关比较值模块用于产生第四、五、六桥臂的调制波信号m_ao、m_bo、m_co，辅助开关比较值计算模块用于产生辅助管的占空比信号D_aux，其中D_aux与箝位电容C_c两端电压U_Cc以及直流侧串联电容组两端的电压U_dc满足以下关系：

D_aux＝U_dc/(U_dc+U_Cc)

载波信号发生模块用于产生一个下降锯齿波信号V_{saw_down}，其周期为T_s，载波信号反向模块用于产生一个反方向的上升锯齿波信号，且与输入下降锯齿波信号同相位，第一PWM产生模块的四个输入依次为电网侧a相输入电流i_ai、调制波信号m_ai、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i1和S_i4的驱动信号V_gi1和V_gi4，第二PWM产生模块的四个输入依次为电网侧b相输入电流i_bi、调制波信号m_bi、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i3和S_i6的驱动信号V_gi3和V_gi6，第三PWM产生模块的四个输入依次为电网侧c相输入电流i_ci、调制波信号m_ci、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i5和S_i2的驱动信号V_gi5和V_gi2，第四PWM产生模块的四个输入依次为负载侧a相输出电流i_ao、调制波信号m_ao、上升沿锯齿波V_{saw_up}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o1和S_o4的驱动信号V_go1和V_go4，第五PWM产生模块的四个输入依次为负载侧b相输出电流i_bo、调制波信号m_bo、上升沿锯齿波V_{saw_up}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o3和S_o6的驱动信号V_go3和V_go6，第六PWM产生模块的四个输入依次为负载侧c相输出电流i_co、调制波信号m_co、上升沿锯齿波V_{saw_down}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o5和S_o2的驱动信号V_go5和V_go2，第一比较器的正端接辅助开关比较值计算模块的输出D_aux，负端接载波信号发生模块的输出信号V_{saw_down}，第一比较器的输出作为第一延时模块的输入，第一延时模块的输出为辅助开关管S₇的驱动信号V_g7。

参照图3，上述的第一PWM产生模块、第二PWM产生模块、第三PWM产生模块、第四PWM产生模块、第五PWM产生模块、第六PWM产生模块为同一类型的模块，具有相同的结构；该类型模块均包括：电流方向检测模块、第一选择器、比较器Ⅰ、第一反相器、第一上升沿延时模块和第二上升沿延时模块；且均依次包含四个信号输入端：第一输入端用于输入电流信号i、第二输入端用于输入调制比信号m、第三输入端用于输入锯齿波V_{saw_1}和第四输入端用于输入锯齿波V_{saw_2}，两个输出信号：V_up、V_down，电流方向检测模块的输入端连接上述第一输入端，电流方向检测模块的输出作为第一选择器的选择控制信号，当电流信号i方向为正时，第一选择器选择接通第三输入端输入的锯齿波V_{saw_1}，当电流信号i方向为负时，第一选择器选择接通第四输入端输入的锯齿波V_{saw_2}，第一选择器的输出作为比较器Ⅰ负端输入，比较器Ⅰ的正端连接上述第二输入端输入的调制比信号m，比较器Ⅰ的输出分别作为第一反相器的输入，同时作为第一上升沿延时模块的输入，第一反相器的输出作为第二上升沿延时模块的输入信号，第一上升沿延时模块和第二上升沿延时模块的输出分别作为整个PWM产生模块的输出信号V_up和V_down，V_up作为相应桥臂的上开关管的驱动信号，V_down作为相应桥臂的下开关管的驱动信号。

上述的所述的第一延时模块功能为：对输入信号延时T_d1时间后输出，第一上升沿延时模块与第二上升沿延时模块具有相同的功能，它们的功能为：对上升沿信号延时T_d2时间后输出，上述延时时间T_d1与T_d2满足：T_d2-T_d1>T_r，其中T_r为第一谐振时间，其表达式为：

其中，L_r为谐振电感的感值，C_r为等效谐振电容，满足：

C_r＝6C_res+C_r7

其中C_res为第一、二、三、四、五、六桥臂的主开关管上并联电容的容值，C_r7为辅助开关管上并联电容的容值。

对于三相四线制零电压开关背靠背变流器电路，可以根据三相输入、输出电流的相位情况，将工作区域划分成十二个区域，如图4所示。下面以三相输入、输出电流处在区域1为例，对电路工作在一个开关周期内的工作过程进行分析，在该开关周期内，开关管的脉冲控制时序如图5所示，在一个开关周期内，变流器共有18个工作状态。图6～23是该区域内一个开关周期的工作等效电路，工作时的主要电压和电流波形如图24所示，电路的电压电流参考方向如图1所示。电路工作在其它区间内的工作过程与此类似。

具体阶段分析如下：

阶段一(t₀～t₁)：

如图6所示，第一桥臂上管二极管D_i1，第二桥臂下管二极管D_i6，第三桥臂下管二极管D_i2，第四桥臂下管二极管D_o4，第五桥臂上管二极管D_o3，第六桥臂上管二极管D_o5均导通，由谐振电感L_r、箝位电容C_c、辅助开关S₇组成的辅助电路中，箝位电容C_c两端电压为U_Cc，谐振电感电流线性上升；

阶段二(t₁～t₂)：

如图7所示，在t₁时刻辅助开关S₇关断，谐振电感L_r使主开关S_i4、S_i3、S_i5、S_o1、S_o6、S_o2的并联电容C_i4、C_i3、C_i5、C_o1、C_o6、C_o2放电，同时使辅助开关S₇的并联电容C_r7充电，谐振电感L_r的电流i_Lr谐振下降，在t₂时刻，主开关S_i4、S_i3、S_i5、S_o1、S_o6、S_o2的并联电容C_i4、C_i3、C_i5、C_o1、C_o6、C_o2电压谐振至零，该阶段结束；

阶段三(t₂～t₃)：

如图8所示，在t₂时刻以后D_i4、D_i3、D_i5、D_o1、D_o6、D_o2会导通，将C_i4、C_i3、C_i5、C_o1、C_o6、C_o2上的电压箝位为零，可在t₂时刻开通S_i4、S_i3、S_i5、S_o1、S_o6、S_o2，可实现S_i4、S_i3、S_i5、S_o1、S_o6、S_o2的零电压开通，在t₃时刻，D_i4、D_i3、D_i5、D_o1、D_o6、D_o2关断，该阶段结束。

阶段四(t₃～t₄)：

如图9所示，在D_i4、D_i3、D_i5、D_o1、D_o6、D_o2关断后，电路进入换流阶段，输入电流i_ai由二极管D_i1向开关管S_i4换流，输入电流i_bi由二极管D_i6向开关管S_i3换流，输入电流i_ci由二极管D_i2向开关管S_i5换流，输出电流i_ao由二极管D_o4向开关管S_o1换流，输出电流i_bo由二极管D_o3向开关管S_i6换流，输出电流i_co由二极管D_o5向开关管S_o2换流，在t₄时刻，以上六个桥臂换流均结束，该阶段结束。

阶段五(t₄～t₅)：

如图10所示，在t₄时刻以后i_Lr继续下降而小于i_bi+i_ci-i_ao，i_S7反向，从而C_r7开始放电，C_i1、C_i6、C_i2、C_o4、C_o3、C_o5开始充电，电路进入第二次谐振，在t₅时刻C_r7上的电压谐振到零，该阶段结束。

阶段六(t₅～t₆)：

如图11所示，t₅时刻以后，D₇会导通，将C_r7上的电压箝位为零，为辅助管S₇的零电压开通提供条件，可在t₅时刻给S₇发送开通信号，使其实现零电压开通，当S_i4在t₆时刻关断时，该阶段结束。

阶段七(t₆～t₇)：

如图12所示，S_i4在t₆时刻关断后，第一桥臂开始换流，C_i4开始充电，C_i1开始放电，在t₇时刻，C_i4上的电压上升到U_Cc+U_dc，C_i1上的电压下降到零，该阶段结束，其中U_dc为直流母线串联电容组C_dcp、C_dcn两端的电压。

阶段八(t₇～t₈)：

如图13所示，在第一桥臂完成换流，D_i1续流导通后，S_i1开通，在此阶段S_i3、S_i5、S_o1、S_o6、S_o2、S₇保持开通状态，谐振电感电流线性上升，在t₈时刻S_i5关断，该阶段结束。

阶段九(t₈～t₉)：

如图14所示，S_i5在t₈时刻关断后，第三桥臂相开始换流，C_i5开始充电，C_i2开始放电，在t₉时刻，C_i5上的电压上升到U_Cc+U_dc，C_i2上的电压下降到零，该阶段结束。

阶段十(t₉～t₁₀)：

如图15所示，在第三桥臂完成换流，D_i2续流导通后，S_i2开通，在此阶段S_i1、S_i3、S_o1、S_o6、S_o2、S₇保持开通状态，谐振电感电流线性上升，在t₁₀时刻S_i3关断，该阶段结束。

阶段十一(t₁₀～t₁₁)：

如图16所示，S_i3在t₁₀关断后，第二桥臂开始换流，C_i3开始充电，C_i6开始放电，在t₁₁时刻，C_i3上的电压上升到U_Cc+U_dc，C_i6上的电压下降到零，该阶段结束。

阶段十二(t₁₁～t₁₂)：

如图17所示，在第二桥臂完成换流，D_i6续流导通后，S_i6开通，在此阶段S_i1、S_i2、S_o1、S_o6、S_o2、S₇保持开通状态，谐振电流线性上升，在t₁₂时刻S_o6关断，该阶段结束。

阶段十三(t₁₂～t₁₃)：

如图18所示，S_o6在t₁₂关断后，第五桥臂开始换流，C_o6开始充电，C_o3开始放电，在t₁₃时刻，C_o6上的电压上升到U_Cc+U_dc，C_o3上的电压下降到零，该阶段结束。

阶段十四(t₁₃～t₁₄)：

如图19所示，在第五桥臂完成换流，D_o3续流导通后，S_o3开通，在此阶段S_i1、S_i6、S_i2、S_o1、S_o2、S₇保持开通状态，谐振电流线性上升，在t₁₄时刻S_o2关断，该阶段结束。

阶段十五(t₁₄～t₁₅)：

如图20所示，S_o2在t₁₄关断后，第六桥臂开始换流，C_o2开始充电，C_o5开始放电，在t₁₅时刻，C_o2上的电压上升到U_Cc+U_dc，C_o5上的电压下降到零，该阶段结束。

阶段十六(t₁₅～t₁₆)：

如图21所示，在第六桥臂完成换流，D_o5续流导通后，S_o5开通，在此阶段S_i1、S_i6、S_i2、S_o1、S_o3、S₇保持开通状态，谐振电流线性上升，在t₁₆时刻S_o1关断，该阶段结束。

阶段十七(t₁₆～t₁₇)：

如图22所示，S_o1在t₁₆关断后，第四桥臂开始换流，C_o1开始充电，C_o4开始放电，在t₁₇时刻，C_o1上的电压上升到U_Cc+U_dc，C_o4上的电压下降到零，该阶段结束。

阶段十八(t₁₇～t₀’)：

如图23所示，在第四桥臂完成换流，D_o4续流导通后，S_o4开通，在此阶段S_i1、S_i6、S_i2、S_o3、S_o5、S₇保持开通状态，谐振电流线性上升，该阶段与阶段一相同。

Claims (5)

1.一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路，其特征在于：所述三相四线制零电压开关背靠背变流器电路包括逆变交流侧三相滤波电容C₁、C₂和C₃，三相滤波电感L_ao、L_bo、L_co，三相负载R₁、R₂和R₃，直流侧串联电容组C_dcp和C_dcn，整流侧三相滤波电感L_ai、L_bi、L_ci，包含并联二极管D_r7的辅助开关S₇、谐振电感L_r、箝位电容C_c构成的辅助谐振支路以及六组桥臂；每组桥臂由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i1、S_i4和D_i1、D_i4，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i3、S_i6和D_i3、D_i6，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_i5、S_i2和D_i5、D_i2，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o1、S_o4和D_o1、D_o4，第五桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o3、S_o6和D_o3、D_o6，第六桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S_o5、S_o2和D_o5、D_o2，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的中点分别通过输入滤波电感L_ai、L_bi、L_ci各自与a相、b相、c相交流电网连接，第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂的中点通过输出滤波电感L_ao、L_bo、L_co分别连接到上述交流侧串联负载R₁、R₂和R₃，上述六组桥臂上开关的集电极以及下开关的发射极分别并联形成桥臂正母线和负母线，正母线与直流侧串联电容组之间接入一条包含并联二极管D_r7的辅助开关S₇与箝位电容C_c构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感L_r，滤波电容C₁、C₂和C₃分别与负载R₁、R₂和R₃并联，负载R₁、R₂和R₃的一端共接并与电网的零线及直流侧串联电容组C_dcp和C_dcn的中点连接，各开关S_i1～S_i6、S_o1～S_o6和S₇的集电极与发射极两端分别并联一个谐振电容C_i1～C_i6、C_o1～C_o6和C_r7。

2.一种三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方法，其特征在于：包括整流侧主开关比较值计算模块(1)、逆变侧主开关比较值计算模块(2)、辅助开关比较值计算模块(3)、载波信号发生模块(4)、载波信号反向模块(5)、第一PWM产生模块(6)、第二PWM产生模块(7)、第三PWM产生模块(8)、第四PWM产生模块(9)、第五PWM产生模块(10)、第六PWM产生模块(11)、第一比较器(12)、第一延时模块(13)；以上模块对背靠背六桥臂整流侧主开关S_i1～S_i6、逆变侧主开关S_o1～S_o6以及辅助开关S₇进行零电压开关调制；

整流侧主开关比较值模块(1)用于产生第一、二、三桥臂的调制波信号m_ai、m_bi、m_ci，逆变侧主开关比较值模块(2)用于产生第四、五、六桥臂的调制波信号m_ao、m_bo、m_co，辅助开关比较值计算模块(3)用于产生辅助管的占空比信号D_aux，载波信号发生模块(4)用于产生一个下降锯齿波信号V_{saw_down}，其周期为T_s，载波信号反向模块(5)用于产生一个反方向的上升锯齿波信号，且与输入下降锯齿波信号同相位，第一PWM产生模块(6)的四个输入依次为电网侧a相输入电流i_ai、调制波信号m_ai、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i1和S_i4的驱动信号V_gi1和V_gi4，第二PWM产生模块(7)的四个输入依次为电网侧b相输入电流i_bi、调制波信号m_bi、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i3和S_i6的驱动信号V_gi3和V_gi6，第三PWM产生模块(8)的四个输入依次为电网侧c相输入电流i_ci、调制波信号m_ci、下降沿锯齿波V_{saw_down}和上升沿锯齿波V_{saw_up}，输出为开关管S_i5和S_i2的驱动信号V_gi5和V_gi2，第四PWM产生模块(9)的四个输入依次为负载侧a相输出电流i_ao、调制波信号m_ao、上升沿锯齿波V_{saw_up}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o1和S_o4的驱动信号V_go1和V_go4，第五PWM产生模块(10)的四个输入依次为负载侧b相输出电流i_bo、调制波信号m_bo、上升沿锯齿波V_{saw_up}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o3和S_o6的驱动信号V_go3和V_go6，第六PWM产生模块(11)的四个输入依次为负载侧c相输出电流i_co、调制波信号m_co、上升沿锯齿波V_{saw_down}和下降沿锯齿波V_{saw_down}，输出为开关管S_o5和S_o2的驱动信号V_go5和V_go2，第一比较器(12)的正端接辅助开关比较值计算模块3的输出D_aux，负端接载波信号发生模块4的输出信号V_{saw_down}，第一比较器(12)的输出作为第一延时模块(13)的输入，第一延时模块(13)的输出为辅助开关管S₇的驱动信号V_g7。

3.根据权利要求2所述的三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方法，其特征在于：所述的辅助开关比较值计算模块(3)产生的占空比信号D_aux满足以下关系：

D_aux＝U_dc/(U_dc+U_Cc)

其中，U_Cc为箝位电容C_c两端电压，U_dc为直流侧串联电容组两端的电压。

4.根据权利要求2所述的三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方法，其特征在于：所述的第一PWM产生模块(6)、第二PWM产生模块(7)、第三PWM产生模块(8)、第四PWM产生模块(9)、第五PWM产生模块(10)、第六PWM产生模块(11)为同一类型的模块，具有相同的结构；该类型模块均包括：电流方向检测模块(14)、第一选择器(15)、比较器Ⅰ(16)、第一反相器(17)、第一上升沿延时模块(18)和第二上升沿延时模块(19)；且均依次包含四个信号输入端：第一输入端用于输入电流信号i、第二输入端用于输入调制比信号m、第三输入端用于输入锯齿波V_{saw_1}和第四输入端用于输入锯齿波V_{saw_2}，两个输出信号：V_up、V_down，电流方向检测模块(14)的输入端连接上述第一输入端，电流方向检测模块(14)的输出作为第一选择器的选择控制信号，当电流信号i方向为正时，第一选择器选择接通第三输入端输入的锯齿波V_{saw_1}，当电流信号i方向为负时，第一选择器选择接通第四输入端输入的锯齿波V_{saw_2}，第一选择器(15)的输出作为比较器Ⅰ(16)负端输入，比较器Ⅰ(16)的正端连接上述第二输入端输入的调制比信号m，比较器Ⅰ(16)的输出分别作为第一反相器(17)的输入，同时作为第一上升沿延时模块(18)的输入，第一反相器(17)的输出作为第二上升沿延时模块(19)的输入信号，第一上升沿延时模块(18)和第二上升沿延时模块(19)的输出分别作为整个PWM产生模块的输出信号V_up和V_down，V_up作为相应桥臂的上开关管的驱动信号，V_down作为相应桥臂的下开关管的驱动信号。

5.根据权利要求3所述的三相四线制零电压开关背靠背变流器电路的调制方法，其特征在于：所述的第一延时模块(13)功能为：对输入信号延时T_d1时间后输出，第一上升沿延时模块(18)与第二上升沿延时模块(19)具有相同的功能，它们的功能为：对上升沿信号延时T_d2时间后输出，上述延时时间T_d1与T_d2满足：T_d2-T_d1>T_r，其中T_r为第一谐振时间，其表达式为：

其中，L_r为谐振电感的感值，C_r为等效谐振电容，满足：

C_r＝6C_res+C_r7

其中C_res为第一、二、三、四、五、六桥臂的主开关管上并联电容的容值，C_r7为辅助开关管上并联电容的容值。