CN113809905B - 矩阵转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矩阵转换器包含一输入滤波器、一矩阵开关模块及一箝位电路模块。输入滤波器电性连结于一三相交流电源。矩阵开关模块电性连结于输入滤波器与一负载。箝位电路模块并联于矩阵开关模块，并包含一输入二极管单元、一输出二极管单元及一储能电容。输入二极管单元电性连结于输入滤波器与矩阵开关模块，并包含三个输入二极管电路及三个输入电容电路。三个输入二极管电路分别电性连结于输入滤波器与矩阵开关模块。输入电容电路分别并联于输入二极管电路。输出二极管单元电性连结于负载与矩阵开关模块。储能电容并联于输入二极管单元与输出二极管单元。

Description

矩阵转换器

技术领域

本发明涉及一种矩阵转换器，尤其涉及一种利用输入电容电路保护输入二极管电路的矩阵转换器。

背景技术

一般来说，交流/交流转换器主要可以分为变频器、循环换流器、复合矩阵转换器以及矩阵转换器等类别；其中，由于矩阵转换器可提供正弦的输出电压和产生正弦的输入电流，且结构紧凑无中间直流环节，甚至还有动态回应快等优点，因此一直是电力传输领域的研究重点。

承上所述，常见的矩阵转换器主要是利用9个开关组成3乘3的矩阵开关模块，藉以通过开关的控制来决定矩阵转换器的变换关系。然而，由于矩阵开关模块的输出电路所连接的马达等负载很容易在煞车时产生突波电流回传至矩阵开关模块，进而造成开关的毁损，因此在现有技术中主要是在矩阵开关模块的输入端与输出端之间增加一箝位电路(clamp circuit)模块，藉此，在矩阵开关模块的转换过程中，便可通过箝位电路模块吸收负载回传的突波。

请参阅图1，图1为显示现有技术的矩阵转换器的电路图。如图所示，一种矩阵转换器PA100包含一输入滤波器PA1、一矩阵开关模块PA2以及一箝位电路模块PA3。

输入滤波器PA1是电性连结于一三相交流电源PA200，用以将三相交流电源PA200所提供的交流电中的高频噪音滤除。矩阵开关模块PA2是电性连结于输入滤波器PA1与负载PA300，用以将通过输入滤波器PA1滤除噪音的交流电受控制地输送至负载PA300。箝位电路模块PA3则是并联于矩阵开关模块PA2；其中，箝位电路模块PA3还包含一输入二极管单元PA31与一输出二极管单元PA32，且输入二极管单元PA31与输出二极管单元PA32之间更并联有一储能电容(图未标示)与一具有消耗电阻的控制电路(图未标示)。

输入二极管单元PA31是电性连结于输入滤波器PA1与矩阵开关模块PA2，用以在矩阵开关模块PA2控制开关而使三相电路其中任一者断路时，接收使输入滤波器PA1所传送的电流，并将电流的电压箝制在指定电压值内后由储能电容所吸收，最后再通过控制电路利用消耗电阻将其消耗掉。

输出二极管单元PA32是电性连结于矩阵开关模块PA2与负载PA300，用以使负载PA300因煞车所回充的电流可以流向输出二极管单元PA32，然后输出二极管单元PA32将电流的电压箝制在指定电压后再由储能电容所吸收，最后再通过控制电路利用消耗电阻将其消耗掉。

请参阅图2，图2为显示在图1的现有技术的矩阵转换器中，输入滤波器所传送的电流流经输入二极管单元后的电流波形示意图。如图所示，当输入滤波器PA1所传送的电流流向箝位电路模块PA3时，虽然可以通过输入二极管单元PA31限制其电压，但由于输入滤波器PA1是利用RLC电路进行滤波，因此当输入滤波器PA1输出电流的同时，往往会因为电感放电而使原本输出的电流中多了高频高压突波，因此从流经过输入二极管单元PA31的电流中仍可测量到多个高频高压突波P1、P2与P3(图中仅显示三个)，而这些高频高压突波P1、P2与P3很有可能会击穿损坏输入二极管单元PA31内的二极管，进而使整个箝位电路模块PA3受损而无法有效保护矩阵开关模块PA2。

发明内容

有鉴于在现有技术中，现有的矩阵转换器虽然设有箝位电路模块来保护矩阵开关模块，但由于箝位电路模块内的输入二极管单元虽然可以通过二极管限制电压在指定电压值内，但在指定电压值内的高频高压突波仍有可能会击穿其他相并联的二极管，进而使整个箝位电路模块受损而无法有效保护矩阵开关模块；缘此，本发明的主要目的在于提供一种矩阵转换器，可以抑制输入滤波器的电感电流续流所形成的高压突波，进而避免箝位电路模块的输入二极管单元受损。

本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段是提供一种矩阵转换器，包含一输入滤波器、一矩阵开关模块以及一箝位电路(clamp circuit)模块。

输入滤波器电性连结于一三相交流电源。矩阵开关模块电性连结于输入滤波器与一负载。箝位电路模块并联于矩阵开关模块，并且包含一输入二极管单元、一输出二极管单元以及一储能电容。

输入二极管单元电性连结于输入滤波器与矩阵开关模块，并且包含三个输入二极管电路以及三个输入电容电路。

三个输入二极管电路分别电性连结于输入滤波器与矩阵开关模块。三个输入电容电路分别并联于三个输入二极管电路。

输出二极管单元电性连结于负载与矩阵开关模块。储能电容并联于输入二极管单元与输出二极管单元。

在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，输出二极管单元包含三个输出二极管电路，三个输出二极管电路分别电性连结于矩阵开关模块与负载。

在上述必要技术手段所衍生的一附属技术手段中，输出二极管单元还包含三个输出电容电路，三个输出电容电路分别并联于三个输出二极管电路。

如上所述，本发明的矩阵转换器是将三个输入电容电路分别并联于三个输入二极管电路，因此当输入滤波器输出电流的同时，即使电感放电而使原本流向输入二极管单元的电流中多了高频高压突波，也可以通过输入电容电路将高频高压突波吸收掉，进而有效避免高频高压突波对输入二极管电路中的二极管造成毁损。

本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1为显示现有技术的矩阵转换器的电路图；

图2为显示在图1的现有技术的矩阵转换器中，输入滤波器所传送的电流流经输入二极管单元后的电流波形示意图；

图3为显示本发明较佳实施例所提供的矩阵转换器的电路图；

图4为显示在本发明较佳实施例所提供的矩阵转换器中，输入滤波器所传送的电流流经输入二极管单元后的电流波形示意图；以及

图5为显示本发明另一较佳实施例所提供的矩阵转换器的电路图。

附图标号说明：

PA100:矩阵转换器

PA1:输入滤波器

PA2:矩阵开关模块

PA3:箝位电路模块

PA31:输入二极管单元

PA32:输出二极管单元

PA200:三相交流电源

PA300:负载

100,100a:矩阵转换器

1:输入滤波器

2:矩阵开关模块

3,3a:箝位电路模块

31:输入二极管单元

311,312,313:输入二极管电路

314,315,316:输入电容电路

32,32a:输出二极管单元

321,322,323:输出二极管电路

324a,325a,326a:输出电容电路

33:储能电容

34:控制单元

200:三相交流电源

300:负载

L11,L12,L13:电感

R11,R12,R13:电阻

C:电容

P1,P2,P3:高频高压突波

具体实施方式

请参阅图3，图3为显示本发明较佳实施例所提供的矩阵转换器的电路图。如图所示，一种矩阵转换器100包含一输入滤波器1、一矩阵开关模块2以及一箝位电路(clampcircuit)模块3。

输入滤波器1为电性连结于一三相交流电源200；其中，输入滤波器1包含三个电感L11、L12与L13、三个电阻R11、R12与R13以及三个电容C(图中仅标示一个)，三个电感L11、L12与L13是分别电性连结于三相交流电源200的三相电路R、S与T(R、S与T在图3中为电路图的交流电源相位符号，并非元件符号，故在符号说明中未加入R、S与T的说明)，而三个电阻R11、R12与R13则分别并联结于三个电感L11、L12与L13，三个电容C则并联于三个电感L11、L12与L13以及三个电阻R11、R12与R13。

矩阵开关模块2为电性连结于输入滤波器1与一负载300；其中，矩阵开关模块2实际上是由九个双向开关(图未标示)排列成3乘3的矩阵所构成，且矩阵开关模块2是通过3乘3的矩阵连结于经过输入滤波器1的三相电路R、S与T以及负载300的三相电路U、V与W(U、V与W在图3中为电路图的负载相位符号，并非元件符号，故在符号说明中未加入U、V与W的说明)。

箝位电路模块3并联于矩阵开关模块2，并且包含一输入二极管单元31、一输出二极管单元32、一储能电容33以及一控制单元34。

输入二极管单元31包含三个输入二极管电路311、312与313以及三个输入电容电路314、315与316。

三个输入二极管电路311、312与313分别电性连结于位于输入滤波器1与矩阵开关模块2间的三相电路R、S与T。三个输入电容电路314、315与316分别并联于三个输入二极管电路311、312与313。其中，输入二极管电路311、312与313各具有两个二极管(图未标示)，而位于输入滤波器1与矩阵开关模块2间的三相电路R、S与T则是分别连结于三个输入二极管电路311、312与313的两个二极管之间，藉以使三相电路R、S与T受到输入二极管电路311、312与313的两个二极管的箝制而限制电压输出。三个输入电容电路314、315与316则分别具有一电容(图未标示)。

输出二极管单元32包含三个输出二极管电路321、322与323，三个输出二极管电路321、322与323分别电性连结于位于负载300与矩阵开关模块2间的三相电路U、V与W。其中，输出二极管电路321、322与323各具有两个二极管(图未标示)，而位于负载300与矩阵开关模块2间的三相电路U、V与W则是分别连结于三个输出二极管电路321、322与323的两个二极管之间，藉以使三相电路U、V与W受到输出二极管电路321、322与323之两个二极管的箝制而限制电压输出。

储能电容33系电性连结于输入二极管单元31的三个输入二极管电路311、312与313以及输出二极管单元32的三个输出二极管电路321、322与323。

控制单元34电性连结于输入二极管单元31与输出二极管单元32，并与储能电容33并联；在本实施例上，控制单元34还包含一控制电路(图未标示)与一二极管并联电路(图未标示)，控制电路电性连结于输入二极管单元31与输出二极管单元32，并与储能电容33并联，且控制电路包含一控制开关(图未标示)与一消耗电阻(图未标示)，而控制开关是受控制而决定控制单元34的消耗电阻是否导通与储能电容33的并联关系。

请继续参阅图4，图4为显示在本发明较佳实施例所提供的矩阵转换器中，输入滤波器所传送的电流流经输入二极管单元后的电流波形示意图。如图2、图3与图4所示，由于本发明的矩阵转换器100将三个输入电容电路314、315与316分别并联于三个输入二极管电路311、312与313，因此当输入滤波器1输出电流的同时，即使电感L11、L12或L13放电而使原本流向输入二极管单元31的电流中多了高频高压突波，也可以通过输入电容电路314、315或316将高频高压突波吸收掉，进而有效避免高频高压突波对输入二极管电路311、312或313中的二极管造成毁损，由图2与图4更可明确得知，在相同条件下，原本出现在图2的高频高压突波P1、P2与P3因为输入电容电路314、315或316的存在而在图4中消失。

举例而言，当矩阵开关模块2因为控制的关系而使电感L11与负载300之间的电路断开时，通过电感L11的电流会连同电感L11所放出的高频高压突波一同流向输入二极管电路311，当载有高频高压突波的电流通过输入二极管电路311时，高频高压突波会被输入电容电路314的电容所吸收，进而避免高频高压突波流向输入二极管电路312或313而造成输入二极管电路312或313的二极管损坏。

请继续参阅图2与图5，图5为显示本发明另一较佳实施例所提供的矩阵转换器的电路图。如图所示，一种矩阵转换器100a与上述的矩阵转换器100相似，其差异仅在于矩阵转换器100a是以一箝位电路模块3a取代上述的箝位电路模块3，而箝位电路模块3a是以一输出二极管单元32a取代上述的输出二极管单元32。

输出二极管单元32a相较于上述的输出二极管单元32还包含了三个输出电容电路324a、325a与326a，输出电容电路324a、325a与326a是分别并联于输出二极管电路321、322与323。藉此，通过输出电容电路324a、325a与326a的设计，当负载300回充电流至输出二极管单元32a时，同样可以通过输出电容电路324a、325a与326a来保护输出电容电路324a、325a或326a的二极管不会受到毁损。

综上所述，相较于现有技术的矩阵转换器虽然设有箝位电路模块来保护矩阵开关模块，但由于箝位电路模块内的输入二极管单元虽然可以通过二极管限制电压在指定电压值内，但在指定电压值内的高频高压突波仍有可能会击穿其他相并联的二极管，进而使整个箝位电路模块受损而无法有效保护矩阵开关模块；本发明的矩阵转换器通过将三个输入电容电路分别并联于三个输入二极管电路，可有效的利用输入电容电路将传输至箝位电路模块的高频高压突波吸收掉，进而有效避免高频高压突波对输入二极管电路中的二极管造成毁损。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (3)

1.一种矩阵转换器，包含：

输入滤波器，电性连结于三相交流电源；

矩阵开关模块，电性连结于所述输入滤波器与负载：以及

箝位电路模块，并联于所述矩阵开关模块，并且包含：

输入二极管单元，电性连结于所述输入滤波器与所述矩阵开关模块，并且包含：

三个输入二极管电路，分别电性连结于所述输入滤波器与所述矩阵开关模块；以及

三个输入电容电路，分别并联于所述三个输入二极管电路；

输出二极管单元，电性连结于所述负载与所述矩阵开关模块；以及

储能电容，并联于所述输入二极管单元与所述输出二极管单元。

2.根据权利要求1所述的矩阵转换器，其中，所述输出二极管单元包含三个输出二极管电路，所述三个输出二极管电路分别电性连结于所述矩阵开关模块与所述负载。

3.根据权利要求2所述的矩阵转换器，其中，所述输出二极管单元还包含三个输出电容电路，所述三个输出电容电路分别并联于所述三个输出二极管电路。