CN206992982U - 一种t型变换电路和相应的三相变换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种T型变换电路和相应的三相变换电路。T型变换电路中，通过在现有技术的T型变换电路中增加了一个电感、四个二极管和两个电容，从而使可控开关器件和二极管器件都能实现软开关，降低功率器件和二极管器件的功耗。相应的三相变换电路同样也能够实现可控开关器件和二极管器件的软开关，降低功率器件和二极管器件的功耗。

Description

一种T型变换电路和相应的三相变换电路

技术领域

本实用新型涉及电能变换领域，具体涉及一种T型变换电路。

背景技术

现有技术中，T型布局的变换电路已经广泛使用。T型布局的变换电路一般包括两个竖向设置的可控开关器件和两个横向设置的可控开关器件；两个竖向设置的可控开关器件串联连接，一端连接正母线，另一端连接负母线；两个竖向设置的可控开关器件之间的连接点作为变换电路的输入输出端；两个横向设置的可控开关器件一般设置在中间桥臂上，中间桥臂的一端接至输入输出端，中间桥臂的另一端接至中线。两个横向设置的可控开关器件在中间桥臂上的连接方式一般有三种，分别如图1、图2和图3所示。图1为两个横向设置的可控开关器件彼此反向串联，且彼此之间漏极或集电极相连的情况。图2为两个横向设置的可控开关器件彼此反向串联，且彼此之间源极或发射极相连的情况。图3为两个横向设置的可控开关器件各串联一个二极管后再并联连接在中间桥臂上的情况。以上3 张图中，可控开关器件均包括IGBT管及与该IGBT管反并联连接的续流二极管。现有技术中的T型三电平变换电路相较于双电平变换电路，具有单个IGBT管阻断电压减半、谐波小、损耗低、效率高等优势。

在T型三电平变换电路中，各IGBT管的功耗可以分为通态功耗、通断功耗，其中通断功耗又可以分开通阶段功耗和关断阶段功耗。在工作频率较低时，通态功耗是主要的；但当工作频率较高时，通断功耗则上升为主要的功耗，其中开通阶段功耗比关断阶段功耗还要大。因此，在工作频率较高的情况下，需要实现“软开关”，所谓的“软开关”是指可控开关器件能够实现零电压开关(ZVS)、零电流开关(ZCS)或零电压零电流开关(ZVZXCS)，或者是在通断过程中电流或电压按有限的斜率上升。如果无法实现软开关，则会出现以下问题：

1、功率器件(可控开关器件)损耗大；并导致功率器件温度上升，不仅使工作频率无法提高，而且功率器件的电流、电压容量也无法达到额定指标，使功率器件无法在额定条件下运行，从而制约三电平拓扑的应用；

2、功率器件易被二次击穿；感性负载条件下，功率器件关断时存在尖峰电压；而在容性负载条件下，功率器件开通时存在尖峰电流；从而很容易导致二次击穿，极大地危害功率器件的安全运行，使得需要设计较大的安全工作区 (SOA)；

3、产生较大的EMI电磁干扰；在高频工作状态运行时，功率器件本身的极间寄生电容是极为重要的参数。这种极间电容在功率器件的开关过程中会产生两种不利因素：(1)在高电压下开通时，极间寄生电容储能被器件本身吸收和耗散，势必产生温升，且频率越高温升就越严重；(2)极间电容电压转换时 dv/dt会耦合到输出端，产生电磁干扰，使系统不稳定。此外，极间电容与电路中的杂散电感会产生振荡，干扰系统正常工作；

4、导致电路拓扑对功率器件的寄生参数十分敏感；当软开关无法实现时，可能存在上下桥臂直通问题，而由于无法实现软开关，功率器件还存在开通延迟时间(死区时间)，而在高频情况下，为了消除死区时间对逆变器性能的影响，所采取的校正措施又使整个系统的设计变得复杂；

5、需要设计吸收电路，吸收电路用于限制功率器件开通时的di/dt和关断时的dv/dt，使动态开关轨迹缩小到直流安全区SOA内，保证功率器件能够安全运行，但吸收电路不能消除开关损耗，且又增加了整个变换装置的设计难度，同时还可能会导致能量再生过程中续流二极管反向恢复和吸收电路的相互干扰引起较大的器件应力；

6、功率器件在高频开关时会产生噪声污染，因此会导致变换电路对输入、输出滤波器的要求较高。

基于以上六点问题，迫切需要实现T型三电平变换电路的软开关。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种T型变换电路及相应的三相变换电路，以使功率器件能实现软开关工作，从而降低功率器件和二极管器件的功耗，并解决现有技术中存在的问题。

为达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种T型变换电路，包括两个竖向设置的可控开关器件、两个横向设置的可控开关器件、电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容和第二电容；所述的两个竖向设置的可控开关器件串联连接，一端连接正母线，另一端连接负母线；所述的两个竖向设置的可控开关器件之间的连接点作为输入输出端；所述的两个横向设置的可控开关器件位于中间桥臂上；中间桥臂的一端接至输入输出端，中间桥臂的另一端接至电感的一端；电感的另一端接至中线；所述的两个横向设置的可控开关器件中，符合第一条件或第二条件的可控开关器件定义为第二可控开关器件，符合第三条件或第四条件的可控开关器件定义为第三可控开关器件；所述的第一条件为该可控开关器件的源极或发射极接至电感；所述的第二条件为该可控开关器件的漏极或集电极接至输入输出端；所述的第三条件为该可控开关器件的源极或发射极接至输入输出端；所述的第四条件为该可控开关器件的漏极或集电极接至电感；所述的第一二极管和第二二极管串接，第一二极管的阴极接至正母线，第二二极管的阳极接至电感与中间桥臂的连接点，所述的第一电容一端接至第一二极管和第二二极管的连接点，另一端接至输入输出端；所述的第三二极管和第四二极管串接，第四二极管的阳极接至负母线，第三二极管的阴极接至第二可控开关器件的源极或发射极；所述的第二电容一端接至第三二极管和第四二极管的连接点，另一端接至第二可控开关器件的漏极或集电极。

在一个实施例中，所述的第二可控开关器件与所述的第三可控开关器件反向串联连接，第二可控开关器件的漏极或集电极与第三可控开关器件的漏极或集电极相连接。

在第二个实施例中，所述的第二可控开关器件与所述的第三可控开关器件反向串联连接，第二可控开关器件的源极或发射极与第三可控开关器件的源极或发射极相连接。

在第三个实施例中，中间桥臂上还包括第五二极管和第六二极管；所述的第三可控开关器件的源极或发射极与所述的第二可控开关器件的漏极或集电极接至输入输出端；所述的第二可控开关器件的源极或发射极接至第五二极管的阳极；所述的第三可控开关器件的漏极或集电极接至第六二极管的阴极；第五二极管的阴极与第六二极管的阳极接至电感。

进一步地，所述的两个竖向设置的可控开关器件中的任一个采用IGBT单元或MOS单元，当采用IGBT单元时，所述的IGBT单元包括IGBT管和与IGBT管反并联连接的二极管；当采用MOS单元时，所述的MOS单元可为带体二极管的MOS管或包括不带体二极管的MOS管和反并联二极管。

进一步地，所述的两个横向设置的可控开关器件中的任一个采用IGBT单元或MOS单元，当采用IGBT单元时，所述的IGBT单元包括IGBT管和与IGBT管反并联连接的二极管；当采用MOS单元时，所述的MOS单元可为带体二极管的MOS管或包括不带体二极管的MOS管和反并联二极管。

一种三相变换电路，包括第一变换电路、第二变换电路、第三变换电路；所述的第一变换电路、第二变换电路和第三变换电路均采用如权利要求1至6中任一项所述的一种T型变换电路；第一变换电路的中线、第二变换电路的中线和第三变换电路的中线相互连接。

本实用新型所述的技术方案相对于现有技术，取得的有益效果是：

1、本实用新型中的T型变换电路中，所有可控开关器件和二极管器件都能实现软开关，即零电压开关(ZVS)、零电流开关(ZCS)或零电压零电流开关(ZVZCS)，或以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换。从而极大地降低了可控开关器件的通断损耗，提高了变换电路的工作效率；使功率器件不易被二次击穿，同时得以消除死区时间；

2、可控开关器件以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换，因此系统EMI电磁干扰较未实现软开关要优化得多；

3、由于可控开关器件的通断损耗变小，使得变换装置可以成倍地工作于传统变换装置工作频率之上，因此变换装置所需输出滤波器参数要求变低，尺寸也可以成倍减小，从而有利于进一步降低物料成本，缩减产品尺寸、提高产品功率密度；

4、相较在现有技术，本实用新型中只增加了一个电感、四个二极管和两个电容，增加器件数量少，结构简单而紧凑，不需要额外增加可控开关器件及控制电路；

5、采用上述T型变换电路的三相变换电路，同样具备上述效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中第一种情况的电路示意图；

图2为现有技术中第二种情况的电路示意图；

图3为现有技术中第三种情况的电路示意图；

图4为本实用新型中T型变换电路的实施例一的电路示意图；

图5为本实用新型中T型变换电路的实施例二的电路示意图；

图6为本实用新型中T型变换电路的实施例三的电路示意图；

图7为本实用新型T型变换电路的实施例一进行DC/AC变换，逆变输出电压为正半周期时竖管向横管换流前的工作示意图；

图8为本实用新型T型变换电路的实施例一进行DC/AC变换，逆变输出电压为正半周期时竖管向横管换流的第一阶段工作示意图；

图9为本实用新型T型变换电路的实施例一进行DC/AC变换，逆变输出电压为正半周期时竖管向横管换流的第二阶段工作示意图；

图10为本实用新型T型变换电路的实施例一进行DC/AC变换，逆变输出电压为正半周期时横管向竖管换流前的工作示意图；

图11为本实用新型T型变换电路的实施例一进行DC/AC变换，逆变输出电压为正半周期时横管向竖管换流的第三阶段的工作示意图；

图12为本实用新型T型变换电路的实施例一进行DC/AC变换，逆变输出电压为正半周期时横管向竖管换流的第四阶段的工作示意图；

图13为本实用新型T型变换电路的实施例一进行AC/DC变换，交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流前的工作示意图；

图14为本实用新型T型变换电路的实施例一进行AC/DC变换，交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流的第一阶段工作示意图；

图15为本实用新型T型变换电路的实施例一进行AC/DC变换，交流输入电压为正半周期时竖管向横管换流的第二阶段工作示意图；

图16为本实用新型T型变换电路的实施例一进行AC/DC变换，交流输入电压为正半周期时横管向竖管换流前的工作示意图；

图17为本实用新型T型变换电路的实施例一进行AC/DC变换，交流输入电压为正半周期时横管向竖管换流的工作示意图；

图18为本实用新型中三相变换电路的实施例的电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图4示出了本实用新型中T型变换电路的实施例一的电路示意图。如图4所示，T型变换电路的实施例一包括了两个竖向设置的可控开关器件、两个横向设置的可控开关器件、电感L、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三极性电容C3和第四极性电容C4。

两个竖向设置的可控开关器件分别为第一可控开关器件、第四可控开关器件，其中第一可控开关器件采用IGBT单元，包括第一IGBT管Q1和与其反并联连接的第一续流二极管Dq1；第四可控开关器件采用IGBT单元，包括第四IGBT管Q4和与其反并联连接的第四续流二极管Dq4。第一IGBT管Q1与第四IGBT管Q4串联连接，第一IGBT管 Q1的集电极连接正母线，第四IGBT管Q4的发射极连接负母线，第一IGBT管Q1的发射极和第四IGBT管Q4的集电极连接，连接点作为输入输出端。

两个位于中间桥臂上的横向设置的可控开关器件分别为第二可控开关器件、第三可控开关器件，其中第二可控开关器件采用IGBT单元，包括第二IGBT管Q2和与其反并联连接的第二续流二极管Dq2；第三可控开关器件采用IGBT单元，包括第三IGBT管Q3 和与其反并联连接的第三续流二极管Dq3。第二IGBT管Q2和第三IGBT管Q3反向串联连接于中间桥臂。第三IGBT管Q3的发射极接至输入输出端；第三IGBT管Q3的集电极接至第二IGBT管Q2的集电极；第二IGBT管Q2的发射极接至电感L；电感L的另一端接至中线。

第一二极管D1和第二二极管D2串接，第一二极管D1的阴极接至正母线，第二二极管D2的阳极接至电感L和中间桥臂的连接点；第一电容C1的一端接至第一二极管 D1和第二二极管D2的连接点，第一电容C1的另一端接至输入输出端。

第三二极管D3和第四二极管D4串接，第四二极管D4的阳极接至负母线，第三二极管D3的阴极接至第二IGBT管Q2的发射极；第二电容C2一端接至第三二极管D3 和第四二极管D4的连接点，第二电容C2的另一端接至第二IGBT管的集电极。

第三极性电容C3的正极接正母线，负极接中线；第四极性电容C4的正极接中线，负极接负母线。

本实施例中，可控开关器件也可以采用MOS单元，当采用MOS单元时，所述的MOS 单元可为带体二极管的MOS管或包括不带体二极管的MOS管和反并联二极管。

本实施例的T型变换电路，可以实现在逆变和整流过程中，所有可控开关器件和二极管器件都能实现软开关，即零电压开关(ZVS)、零电流开关(ZCS)或零电压零电流开关(ZVZCS)，或以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换。具体而言：

当T型变换电路的实施例一工作于逆变时，包括逆变输出电压为正半周期和逆变输出电压为负半周期两个半周期，每个半周期又分为竖管向横管换流和横管向竖管换流两个过程：

逆变输出电压为正半周期时，竖管向横管换流过程如下：

图7示出了竖管向横管换流前的状态。竖管向横管换流前，竖管向横管换流前，第一 IGBT管Q1和第三IGBT管Q3处于导通状态，第二IGBT管Q2和第四IGBT管Q4处于截止状态。此时，电流经第一IGBT管Q1流向负载Z，而第三IGBT管Q3虽然导通，但并没有电流经过。由于第一IGBT管Q1导通，第二电容C2被充电至Vdc状态，此时，电感L没有电流经过，第一电容C1电压为零。

图8示出了竖管向横管换流过程中的第一阶段的工作状态。在第一阶段，第三IGBT管保持导通状态，第四IGBT管Q4保持截止状态，而第一IGBT管Q1则从导通状态转至截止状态，第二IGBT管Q2则从截止状态转至导通状态。如图8所示，在第一IGBT管Q1截止、第二IGBT管Q2导通的过程中，第二电容C2通过第四二极管D4和第三IGBT 管Q3向负载Z放电。与此同时，第二电容C2还通过第二IGBT管Q2和第四二极管D4 向电感L充能。由于第二电容C2上的电压是逐步放电到零，第一IGBT管Q1关断瞬间负载Z的电流由第二电容C2提供。因此，第一IGBT管Q1是以零电压方式关断，关断损耗非常小，属典型的软开关过程。而由于存在电感L，第二IGBT管Q2在从截止状态转至导通状态的过程中，电流的建立也是以di/dt的方式进行的，也属于软开关过程。

图9示出了竖管向横管换流过程中第二阶段的工作状态。第一阶段完成后，第四二极管D4截止，电感L的电流重新变为零。同时第四续流二极管Dq4开始续流导通。负载 Z输出电平钳位在-Vdc/2电平。电感L通过第二续流二极管Dq2和第三IGBT管Q3开始储能，而电感L的电流从零开始线性增加，与此同时，通过第四续流二极管Dq4的电流同比例减少。当通过第四续流二极管Dq4的电流减少为零后，换流过程完成。此时第四续流二极管Dq4截止，由第二续流二极管Dq2和第三IGBT管Q3承载负载电流。在上述过程中，由于电感L的存在，通过第二续流二极管Dq2、第二IGBT管Q2、第四续流二极管Dq4和第三IGBT管Q3中发生的电流变化都是以有限的电流变化率di/dt进行的。所以在此过程中，它们都实现了软开关。而第四二极管D4的续流过程同样是以有限的电流变化率di/dt导通与截止的，因此可以显著减少第四二极管D4的导通损耗。

逆变输出电压为正半周期时，横管向竖管换流过程如下：

图10示出了逆变输出电压为正半周期时，竖管向横管换流后的状态，或者说是横管向竖管换流前的状态。横管向竖管换流前，第一IGBT管Q1和第四IGBT管Q4处于截止状态，第二IGBT管Q2和第三IGBT管Q3处于导通状态。此时，电流从电感L经过第二续流二极管Dq2和第三IGBT管Q3流向负载Z，第二IGBT管Q2虽然导通但没有电流经过。而第一电容C1和第二电容C2处于零电压放电状态，经过电感L的电流与经过负载Z的电流相等。

图11示出了横管向竖管换流过程中第三阶段的工作状态。在第三阶段中，第三IGBT 管Q3保持导通状态，第四IGBT管Q4保持截止状态，而第一IGBT管Q1则从截止状态转至导通状态，第二IGBT管Q2则从导通状态转至截止状态。如图11所示，在第一 IGBT管Q1导通、第二IGBT管Q2截止后，上半母线电压通过第一IGBT管Q1、第二续流二极管Dq2、第三IGBT管Q3对电感L反向加压，迫使经过电感L的电流线性减少。与此同时，上半母线通过第一IGBT管Q1对负载Z供电。上述两个回路并存，同时工作。随着流经电感L的电流逐步减少，负载电流向流经第一IGBT管Q1的电流过渡。当流经电感L的电流为零时，第二续流二极管Dq2反向截止，由于第二IGBT管Q2截止，因此电流不再流过中间桥臂。

在第一IGBT管Q1导通瞬间，由于由电感L承担负载电流，因此第一IGBT管Q1 导通为零电流导通，第一IGBT管Q1在导通过程中的电流是以有限的di/dt方式建立的，因此第一IGBT管Q1为软开关工作模式。而第二IGBT管Q2在从导通状态转至截止状态的过程中没有电流流过，也属于软开关工作模式。

图12示出了横管向竖管换流过程中第四阶段的工作状态。第三阶段完成后，由于第二电容C2电压为零，负载Z输出电平钳位在Vdc/2电平。因此，如图16所示，上半母线电压通过第一IGBT管Q1、第三续流二极管Dq3、第三二极管D3和电感L对第二电容C2充电。由于存在电感L，当第二电容C2充电至电压为Vdc时，第三续流二极管Dq3 和第三二极管D3反向截止，充电和换流过程完成，回到电流经第一IGBT管Q1流向负载Z的状态，即图7的状态。

在第二电容C2充电过程中，第三续流二极管Dq3和第三二极管D3是以有限的电流变化率di/dt导通和截止的，因此，第三续流二极管Dq3和第三二极管D3的导通和截止过程中开关损耗非常低，属于软开关工作模式。

逆变输出电压为负半周期时的换流过程与逆变输出电压为正半周期时的换流过程类似，竖管向横管换流或者横管向竖管换流同样都需要经历两个阶段，在此不再详述。

当变换电路工作于整流时，包括交流输入电压为正半周期和交流输入电压为负半周期两个半周期，每个半周期又分为竖管向横管换流和横管向竖管换流两个过程：

交流输入电压为正半周期时，竖管向横管换流过程如下：

图13示出了竖管向横管换流前状态。竖管向横管换流前，第一IGBT管Q1和第三IGBT管Q3处于导通状态，第二IGBT管Q2和第四IGBT管Q4处于截止状态。整流电流从第一续流二极管Dq1流向母线。第三IGBT管Q3导通但没有电流经过。由于第三 IGBT管导通，因此第一电容C1处于零电压放电状态。由于第一IGBT管Q1导通，因此第二电容C2被充电至Vdc状态，此时电感L的电流为零。

图14示出了竖管向横管换流过程第一阶段的工作状态。在第一阶段，第三IGBT管Q3保持导通状态，第四IGBT管Q4保持截止状态。而第一IGBT管Q1则从导通状态转至截止状态，第二IGBT管Q2则从截止状态转至导通状态。如图14所示，在此过程中，由于第一续流二极管Dq1处于导通状态，第一续流二极管Dq1、第三续流二极管Dq3、第二IGBT管Q2和电感L与输入源Z建立回路。由于电感L的存在，经过中间桥臂的电流从零开始线性增加；与此同时，经过第一续流二极管Dq1的电流线性减少，直至经过电感L的电流增至整流电流，此时第一续流二极管Dq1截止。

由于第一续流二极管Dq1的存在，第一IGBT管Q1从导通转至截止的过程属于零电压、零电流关断。由于电感L的存在，第二IGBT管Q2从截止转至导通的过程中电流是线性增加的，因此第二IGBT管Q2的导通过程属于零电流导通。两者均是典型的软开关过程。

图15示出了竖管向横管缺钱流过程第二阶段的工作状态。第一阶段完成后，第一续流二极管Dq1截止，第二电容C2通过第二IGBT管Q2、第四二极管D4和电感L开始放电。放电到零后。第二阶段完成。

交流输入电压为正半周期时，横管向竖管换流过程如下：

图16示出了竖管向横管换流过程结束后的状态，也即是横管向竖管换流之前的状态。此时，第二电容C2放电结束，由第三续流二极管Dq3、第二IGBT管Q2和电感L承载整流电流。第一IGBT管Q1和第四IGBT管Q4处于截止状态，第二IGBT管Q2和第三 IGBT管Q3处于导通状态。其中，第三IGBT管Q3虽然处于导通状态但没有电流流过。而第一电容C1和第二电容C2均处于零电压放电状态。经过电感L的电流为整流电流。

图17示出了横管向竖管换流过程的工作状态。横管向竖管换流时，第三IGBT管Q3保持导通状态，第四IGBT管Q4保持截止状态，而第一IGBT管Q1则从截止状态转至导通状态，第二IGBT管Q2则从导通状态转至截止状态。在第二IGBT管Q2截止的过程中，由于第二电容C2的存在，整流电流从经过第二IGBT管Q2转至经过第二电容C2。第二IGBT管Q2的电压从零开始线性增长，属零电压、零电流关断。输入源Z通过第三续流二极管Dq3、第三二极管D3和电感L对第二电容C2充电的过程中，整流电流经第一续流二极管Dq1流至母线的电流逐渐增加，由于第一续流二极管Dq1的存在，第一 IGBT管Q1无电流经过，因此第一IGBT管Q1的导通过程属于零电流、零电压导通。从上述分析可知，在横管向竖管换流过程中，第一IGBT管Q1和第二IGBT管Q2的导通和截止过程均为软开关过程。

当电感L的电流逐渐从整流电流变为零，第二电容C2完成充电，第三二极管D3 和第三续流二极管Dq3截止，第一续流二极管Dq1导通，完成整个换流过程。回到图13 的状态。

交流输入电压为负半周期时的换流过程与交流输入电压为正半周期时的换流过程类似，竖管向横管换流或者横管向竖管换流过程也类似，在此不再详述。

图5示出了本实用新型中T型变换电路的实施例二的电路示意图。如图5所示，T型变换电路的实施例二包括了两个竖向设置的可控开关器件、两个横向设置的可控开关器件、电感L、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三极性电容C3和第四极性电容C4。

两个竖向设置的可控开关器件分别为第一可控开关器件、第四可控开关器件，其中第一可控开关器件采用IGBT单元，包括第一IGBT管Q1和与其反并联连接的第一续流二极管Dq1；第四可控开关器件采用IGBT单元，包括第四IGBT管Q4和与其反并联连接的第四续流二极管Dq4。第一IGBT管Q1与第四IGBT管Q4串联连接，第一IGBT管 Q1的集电极连接正母线，第四IGBT管Q4的发射极连接负母线，第一IGBT管Q1的发射极和第四IGBT管Q4的集电极连接，连接点作为输入输出端。

两个位于中间桥臂上的横向设置的可控开关器件分别为第二可控开关器件、第三可控开关器件，其中第二可控开关器件采用IGBT单元，包括第二IGBT管Q2和与其反并联连接的第二续流二极管Dq2；第三可控开关器件采用IGBT单元，包括第三IGBT管Q3 和与其反并联连接的第三续流二极管Dq3。第二IGBT管Q2和第三IGBT管Q3反向串联连接于中间桥臂。第二IGBT管Q2的集电极接至输入输出端；第二IGBT管Q2的发射极接至第三IGBT管Q3的发射极；第三IGBT管的集电极接至电感L；电感L的另一端接至中线。

第一二极管D1和第二二极管D2串接，第一二极管D1的阴极接至正母线，第二二极管D2的阳极接至电感L和中间桥臂的连接点；第一电容C1的一端接至第一二极管 D1和第二二极管D2的连接点，第一电容C1的另一端接至输入输出端。

第三二极管D3和第四二极管D4串接，第四二极管D4的阳极接至负母线，第三二极管D3的阴极接至第二IGBT管Q2的发射极；第二电容C2一端接至第三二极管D3 和第四二极管D4的连接点，第二电容C2的另一端接至第二IGBT管的集电极。

第三极性电容C3的正极接正母线，负极接中线；第四极性电容C4的正极接中线，负极接负母线。

本实施例中，可控开关器件也可以采用MOS单元，当采用MOS单元时，所述的MOS 单元可为带体二极管的MOS管或包括不带体二极管的MOS管和反并联二极管。

实施例二在换流过程中可控开关器件和二极管实现软开关的原理与实施例一相信，在此不再详述。

图6示出了本实用新型中T型变换电路的实施例三的电路示意图。如图6所示，T型变换电路的实施例二包括了两个竖向设置的可控开关器件、两个横向设置的可控开关器件、电感L、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管 D5、第六二极管D6、第一电容C1、第二电容C2、第三极性电容C3和第四极性电容C4。

两个竖向设置的可控开关器件分别为第一可控开关器件、第四可控开关器件，其中第一可控开关器件采用IGBT单元，包括第一IGBT管Q1和与其反并联连接的第一续流二极管Dq1；第四可控开关器件采用IGBT单元，包括第四IGBT管Q4和与其反并联连接的第四续流二极管Dq4。第一IGBT管Q1与第四IGBT管Q4串联连接，第一IGBT管 Q1的集电极连接正母线，第四IGBT管Q4的发射极连接负母线，第一IGBT管Q1的发射极和第四IGBT管Q4的集电极连接，连接点作为输入输出端。

中间桥臂上包括两个横向设置的可控开关器件、第五二极管和第六二极管。两个横向设置的可控开关器件分别为第二可控开关器件、第三可控开关器件，其中第二可控开关器件采用IGBT单元，包括第二IGBT管Q2和与其反并联连接的第二续流二极管Dq2；第三可控开关器件采用IGBT单元，包括第三IGBT管Q3和与其反并联连接的第三续流二极管Dq3。第二IGBT管Q2的集电极和第三IGBT管Q3的发射极接至输入输出端；第二 IGBT管Q2的发射极接至第五二极管D5的阳极，第三IGBT管Q3的集电极接至第六二极管D6的阴极，第五二极管D5的阴极和第六二极管D6的阳极接至电感L的一端；电感L的另一端接至中线。

第一二极管D1和第二二极管D2串接，第一二极管D1的阴极接至正母线，第二二极管D2的阳极接至电感L和中间桥臂的连接点；第一电容C1的一端接至第一二极管 D1和第二二极管D2的连接点，第一电容C1的另一端接至输入输出端。

第三二极管D3和第四二极管D4串接，第四二极管D4的阳极接至负母线，第三二极管D3的阴极接至第二IGBT管Q2的发射极；第二电容C2一端接至第三二极管D3 和第四二极管D4的连接点，第二电容C2的另一端接至第二IGBT管的集电极。

第三极性电容C3的正极接正母线，负极接中线；第四极性电容C4的正极接中线，负极接负母线。

本实施例中，可控开关器件也可以采用MOS单元，当采用MOS单元时，所述的MOS 单元可为带体二极管的MOS管或包括不带体二极管的MOS管和反并联二极管。

实施例三在换流过程中可控开关器件和二极管实现软开关的原理与实施例一相似，在此不再详述。

从以上三个实施例可以看出，本实用新型中的T型变换电路中，所有可控开关器件和二极管器件都能实现软开关，即零电压开关(ZVS)、零电流开关(ZCS)或零电压零电流开关(ZVZCS)，或以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换。从而极大地降低了可控开关器件的通断损耗，提高了变换电路的工作效率；使功率器件不易被二次击穿，同时得以消除死区时间。

可控开关器件以有限的dv/dt和di/dt进行通断切换，因此系统EMI电磁干扰较未实现软开关要优化得多。

由于可控开关器件的通断损耗变小，使得变换装置可以成倍地工作于传统变换装置工作频率之上，因此变换装置所需输出滤波器参数要求变低，尺寸也可以成倍减小，从而有利于进一步降低物料成本，缩减产品尺寸、提高产品功率密度。

相较在现有技术，本实用新型中只增加了一个电感、四个二极管和两个电容，增加器件数量少，结构简单而紧凑，不需要额外增加可控开关器件及控制电路。

图18示出了本实用新型中三相变换电路的实施例的电路示意图。如图18所示，实施例中的三相变换电路包括第一变换电路、第二变换电路、第三变换电路；第一变换电路、第二变换电路和第三变换电路均采用上述T型变换电路的实施例一所描述的T型变换电路；第一变换电路的中线、第二变换电路的中线和第三变换电路的中线相互连接。当然，第一变换电路、第二变换电路、第三变换电路也可以采用上述T型变换电路的实施例二或实施例三所描述的T型变换电路，效果是一样的。

上述说明描述了本实用新型的优选实施例，但应当理解本实用新型并非局限于上述实施例，且不应看作对其他实施例的排除。通过本实用新型的启示，本领域技术人员结合公知或现有技术、知识所进行的改动也应视为在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种T型变换电路，其特征是：包括两个竖向设置的可控开关器件、两个横向设置的可控开关器件、电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容和第二电容；

所述的两个竖向设置的可控开关器件串联连接，一端连接正母线，另一端连接负母线；

所述的两个竖向设置的可控开关器件之间的连接点作为输入输出端；

所述的两个横向设置的可控开关器件位于中间桥臂上；中间桥臂的一端接至输入输出端，中间桥臂的另一端接至电感的一端；电感的另一端接至中线；

所述的两个横向设置的可控开关器件中，符合第一条件或第二条件的可控开关器件定义为第二可控开关器件，符合第三条件或第四条件的可控开关器件定义为第三可控开关器件；所述的第一条件为该可控开关器件的源极或发射极接至电感；所述的第二条件为该可控开关器件的漏极或集电极接至输入输出端；所述的第三条件为该可控开关器件的源极或发射极接至输入输出端；所述的第四条件为该可控开关器件的漏极或集电极接至电感；

所述的第一二极管和第二二极管串接，第一二极管的阴极接至正母线，第二二极管的阳极接至电感与中间桥臂的连接点，所述的第一电容一端接至第一二极管和第二二极管的连接点，另一端接至输入输出端；

所述的第三二极管和第四二极管串接，第四二极管的阳极接至负母线，第三二极管的阴极接至第二可控开关器件的源极或发射极；所述的第二电容一端接至第三二极管和第四二极管的连接点，另一端接至第二可控开关器件的漏极或集电极。

2.如权利要求1所述的一种T型变换电路，其特征是，所述的第二可控开关器件与所述的第三可控开关器件反向串联连接，第二可控开关器件的漏极或集电极与第三可控开关器件的漏极或集电极相连接。

3.如权利要求1所述的一种T型变换电路，其特征是，所述的第二可控开关器件与所述的第三可控开关器件反向串联连接，第二可控开关器件的源极或发射极与第三可控开关器件的源极或发射极相连接。

4.如权利要求1所述的一种T型变换电路，其特征是，中间桥臂上还包括第五二极管和第六二极管；

所述的第三可控开关器件的源极或发射极与所述的第二可控开关器件的漏极或集电极接至输入输出端；

所述的第二可控开关器件的源极或发射极接至第五二极管的阳极；

所述的第三可控开关器件的漏极或集电极接至第六二极管的阴极；

第五二极管的阴极与第六二极管的阳极接至电感。

5.如权利要求1至4中任一项所述的一种T型变换电路，其特征是，所述的两个竖向设置的可控开关器件中的任一个采用IGBT单元或MOS单元，当采用IGBT单元时，所述的IGBT单元包括IGBT管和与IGBT管反并联连接的二极管；当采用MOS单元时，所述的MOS单元可为带体二极管的MOS管或包括不带体二极管的MOS管和反并联二极管。

6.如权利要求1至4中任一项所述的一种T型变换电路，其特征是，所述的两个横向设置的可控开关器件中的任一个采用IGBT单元或MOS单元，当采用IGBT单元时，所述的IGBT单元包括IGBT管和与IGBT管反并联连接的二极管；当采用MOS单元时，所述的MOS单元可为带体二极管的MOS管或包括不带体二极管的MOS管和反并联二极管。

7.一种三相变换电路，其特征是，包括第一变换电路、第二变换电路、第三变换电路；所述的第一变换电路、第二变换电路和第三变换电路均采用如权利要求1至6中任一项所述的一种T型变换电路；第一变换电路的中线、第二变换电路的中线和第三变换电路的中线相互连接。