[发明专利]一种双级式矩阵变换器驱动电源电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种双级式矩阵变换器系统，尤其涉及一种双级式矩阵变换器驱动电源电路，属于矩阵变换器领域。

背景技术

目前工业中广泛应用的交-直-交变换器由于其直流母线的储能电容大多采用电解电容，电解液易挥发，降低了变换器的使用寿命及系统的可靠性，同时直流母线电容及输入侧电感体积较大，这限制了系统功率密度的提高。

在这种情况下，无任何储能元件的矩阵式变换器应运而生，与传统的交流变换器相比，它具有以下优点：(1)不需要大型储能元件，结构紧凑；(2)四象限运行的操作简单，容易实现单位功率因数。然而，这种拓扑结构在工业中未被广泛应用。其原因之一在于，它的换流控制和箝位保护电路复杂。而双级式矩阵变换器不仅继承了传统矩阵变换器的优点，同时也克服了传统矩阵变换器的许多局限问题：在一定约束条件下，可减少功率开关元件的数量，降低了系统成本与控制难度；箝位电路结构简单，省掉了两组三相桥式整流器，仅需一个二极管与电容串联即可实现箝位功能，进一步简化了硬件组成。因此，双级式矩阵变换器具有很大的发展潜力和应用前景，已引起了国内外许多学者的关注。

双级式矩阵变换器的拓扑结构如图1所示，双向开关级由6个双向开关SA、SA’、SB、SB’、SC、SC’组成，每个双向开关由两个IGBT共发射级连接构成。单向开关级由6个单向开关SU、SU’、SV、SV’、SW、SW’组成，每个单向开关即为普通IGBT。图2为双级式矩阵变换器现有驱动方案，以一个双向开关SA为例，控制器产生的两路驱动信号与光耦原边相连，光耦副边一端接上拉电阻至驱动电源VCC，一端接双向开关的共射级，这两路光耦可共用一路驱动电源VCC。在现有的驱动方案下，双向开关级需要6路隔离驱动电源，单向开关级需要4路隔离驱动电源。整个系统需要10路驱动电源，这大大增加了系统的成本和体积，这也是矩阵变换器目前应用较少的重要原因之一。此外，驱动电源一般均为开关电源，开关电源的引入增加了系统的电磁干扰，且驱动信号、控制信号对噪声很敏感，严重时甚至会影响到整个系统的正常运行。

若能减少或是取消外接驱动电源，一方面可以降低成本、减小系统的体积；另一方面能够减小电磁干扰。因此，采用一定的方案使得双级式矩阵变换器充分利用输入电压产生所需驱动电压满足自身驱动要求对双级式矩阵变换器的稳定正常运行以及应用推广具有重大的意义。

发明内容

所要解决的技术问题：

本发明的目的在于针对现有驱动方案存在成本高、电磁干扰强等缺点，提出一种新型低成本双级式矩阵变换器驱动电路，取消了外接驱动电源，一方面降低了系统成本，减小了系统体积；另一方面能够减小电磁干扰。

技术方案：

为了实现以上功能，本发明提供了一种双级式矩阵变换器驱动电源电路，其特征在于：该双级式矩阵变换器驱动电源电路包括对称设置的两条支路，每条支路上串联一个光电耦合器电路和一个驱动电源电路，所述光电耦合器电路用于实现控制器信号和驱动信号隔离，所述驱动电源电路用于为光电耦合器副边提供电源；两条支路并联后连接到功率电路，所述功率电路即为双级式矩阵变换器的一部分。

所述双级式矩阵变换器驱动电源电路分为双向开关级驱动电路和单向开关级驱动电路。

进一步的，所述双向开关级驱动电路具体包括：

第一光电耦合器电路、第二光电耦合器电路、第一驱动电源电路、第二驱动电源电路以及功率电路；

其中，所述第一光电耦合器电路包括第一光电耦合器和第一限流电阻，控制器驱动信号经所述第一限流电阻连接至第一光电耦合器原边的正端，光电耦合器原边的负端接地；所述第二光电耦合器电路的连接方法与第一光电耦合器电路相同；

所述第一驱动电源电路包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一NPN三极管、第一稳压管、第一电容器；所述第一二极管的负端连接至第一电阻和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接至所述第一NPN三极管的基极；所述第一NPN三极管的基极连接至所述第一稳压管的负端，所述第二电阻的另一端连接至所述第一NPN三极管的集电极，所述第一NPN三极管的发射极连接至所述第一电容器的一端，所述第一NPN三极管的发射极同时也连接至所述第三电阻的一端；所述第三电阻的另一端经所述第四电阻与IGBT开关管的门极相连，所述第一稳压管的正端和所述第一电容器的另一端一并连接接入点m；所述第二驱动电源电路的连接方法与第一驱动电源电路相同；

所述功率电路包括：两个IGBT开关管，所述IGBT开关管共发射极连接；连接点为m，每个开关均有一个反并联二极管。