[发明专利]一种三相四线制零电压开关逆变器的零电压开关调制方法

摘要

本发明公开了一种三相四线制零电压开关逆变器的零电压开关调制方法。该调制方法通过将三相四线制零电压开关逆变器三相主开关调制波与锯齿载波比较，再经反相器及上升沿延时模块产生主开关信号，将三相四线制零电压开关逆变器辅助开关调制波与锯齿载波比较，再经上升沿延时模块、反相器与下降沿延时模块产生桥臂直通信号与辅助开关信号，在三相四线制零电压开关逆变器的全控主开关换流期间将直通信号作用在全控主开关上，为谐振电感充磁提供续流回路，以储存足够的谐振能量。本发明结构简单，能实现工频周期内全范围软开关，所有开关器件实现零电压开通，开关损耗小，电路效率高，并能抑制二极管反向恢复，减少电磁干扰。

主权项

1.一种三相四线制零电压开关逆变器的零电压开关调制方法，该三相四线制零电压开关逆变器包括：由六个反并联有二极管的全控主开关Sa1,Sa2,Sb1,Sb2,Sc1,Sc2组成的三相桥臂，分别接在各相桥臂输出中点A,B,C与负载Ra,Rb,Rc之间的输出电感La,Lb,Lc，接在负载两端的输出电容Ca0,Cb0,Cc0，接在三相桥臂输入侧直流母线正负端之间的两个直流母线电容Cdc1,Cdc2，接在正负母线电容中点0、输出电容中点及负载中点的中线，三相桥臂的六个全控主开关分别并联电容Cra1,Cra2,Crb1,Crb2,Crc1,Crc2，在三相桥臂的正输入端和第一直流母线电容Cdc1正极之间接入谐振电感Lr，谐振电感Lr的正极连接第一直流母线电容Cdc1正极，谐振电感Lr的负极连接三相桥臂的正输入端，在谐振电感Lr两端跨接由反并联有二极管的辅助开关Saux与箝位电容Cc相串联的电路，其中箝位电容Cc的负极连接谐振电感Lr正极，辅助开关Saux中反并联二极管阳极连接谐振电感Lr负极，在辅助开关Saux两端并联电容Craux，其特征在于，调制方法为采用比较值计算模块(3)，七个比较器(4、5、6、7、8、9、10)，三个选择器(11，12，13)，四个反相器(14、15、16、17)，八个上升沿延时模块(18、19、20、21、22、23、24、25)，一个下降沿延时模块(26)和六个与门(27，28，29，30，31，32)，对三相四线制零电压开关的三相桥臂主开关以及辅助开关进行零电压开关调制；比较值计算模块(3)的输入端连接直流电压Vdc(1)及三相参考电压(2)，比较值计算模块(3)输出A、B、C三相主开关比较值uma、umb、umc，锯齿载波usaw以及辅助开关比较值um7；比较值计算模块(3)输出的A相主开关比较值uma与第一比较器(4)的正输入端和第二比较器(5)的负输入端相连，第一比较器(4)的负输入端和第二比较器(5)的正输入端连接比较值计算模块(3)输出的锯齿载波usaw，第一比较器(4)的输出端连接第一选择器(11)的输入端a，第二比较器(5)的输出端连接第一选择器(11)的输入端b，第一选择器(11)的输出端连接第一上升沿延时模块(18)的输入端和第一反向器(14)的输入端，第一反向器(14)的输出端连接第二上升沿延时模块(19)的输入端，第一上升沿延时模块(18)的输出端连接第一与门(27)的一个输入端，第二上升沿延时模块(19)的输出端连接第二与门(28)的一个输入端，第一与门(27)的另一个输入端以及第二与门(28)的另一个输入端分别与第七上升沿延时模块(24)输出的直通信号连接，第一与门(27)输出主开关Sa1的驱动信号vgs_Sa1(33)，第二与门(28)输出主开关Sa2的驱动信号vgs_Sa2(34)；比较值计算模块(3)输出的B相主开关比较值umb与第三比较器(6)的正输入端和第四比较器(7)的负输入端相连，第三比较器(6)的负输入端和第四比较器(7)的正输入端连接比较值计算模块(3)输出的锯齿载波usaw，第三比较器(6)的输出端连接第二选择器(12)的输入端a，第四比较器(7)的输出端连接第二选择器(12)的输入端b，第二选择器(12)的输出端连接第三上升沿延时模块(20)的输入端和第二反向器(15)的输入端，第二反向器(15)的输出端连接第四上升沿延时模块(21)的输入端，第三上升沿延时模块(22)的输出端连接第三与门(29)的一个输入端，第四上升沿延时模块(21)的输出端连接第四与门(30)的一个输入端，第三与门(29)的另一个输入端以及第四与门(30)的另一个输入端分别与第七上升沿延时模块(24)输出的直通信号连接，第三与门(29)输出主开关Sb1的驱动信号vgs_Sb1(35)，第四与门(30)输出主开关Sb2的驱动信号vgs_Sb2(36)；比较值计算模块(3)输出的C相主开关比较值umc与第五比较器(8)的正输入端和第六比较器(9)的负输入端相连，第五比较器(8)的负输入端和第六比较器(9)的正输入端连接比较值计算模块(3)输出的锯齿载波usaw，第五比较器(8)的输出端连接第三选择器(13)的输入端a，第六比较器(9)的输出端连接第三选择器(13)的输入端b，第三选择器(13)的输出端连接第五上升沿延时模块(22)的输入端和第三反向器(16)的输入端，第三反向器(16)的输出端连接第六上升沿延时模块(23)的输入端，第五上升沿延时模块(22)的输出端连接第五与门(31)的一个输入端，第六上升沿延时模块(23)的输出端连接第六与门(32)的一个输入端，第五与门(31)的另一个输入端以及第六与门(32)的另一个输入端分别与第七上升沿延时模块(24)输出的直通信号连接，第五与门(31)输出主开关Sc1的驱动信号vgs_Sc1(37)，第六与门(32)输出主开关Sc2的驱动信号vgs_Sc2(38)；比较值计算模块(3)输出的辅助开关比较值um7与第七比较器(10)的负输入端相连，第七比较器(10)的正输入端连接比较值计算模块(3)输出的锯齿载波usaw，第七比较器(10)的输出端连接第七上升沿延时模块(24)的输入端和第四反向器(17)的输入端，第四反向器(17)的输出端连接第八上升沿延时模块(25)的输入端，第八上升沿延时模块(25)的输出端连接第一下降沿延时模块(26)的输入端，第七上升沿延时模块(24)输出直通信号，第一下降沿延时模块(26)输出辅助开关驱动信号vgs_Saux(39)；上述的比较值计算模块(3)输出A、B、C三相主开关比较值uma、umb、umc，锯齿载波usaw以及辅助开关比较值um7有两种实现方法：第一种方法采用三相主开关比较值计算模块I(41)，下降锯齿载波I(42)以及辅助开关比较值计算模块I(43)，由三相主开关比较值计算模块I(41)输出A、B、C三相主开关比较值uma、umb、umc，下降锯齿载波I(42)输出锯齿载波usaw，辅助开关比较值计算模块I(43)输出辅助开关比较值um7；所述的三相主开关比较值计算模块I(41)：根据A相参考电压ura的相位从‑30度开始至330度结束作为一个工频周期，以每60度相位将一个工频周期分为6个区间，‑30度至30度为区间I，30度至90度为区间II，90度至150度为区间III，150度至210度为区间IV，210度至270度为区间V，270度至330度为区间VI；区间I中，A相主开关比较值uma为Vdc/2‑ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2+urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2+urc；区间II中，A相主开关比较值uma为Vdc/2‑ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2‑urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2+urc；区间III中，A相主开关比较值uma为Vdc/2+ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2‑urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2+urc；区间IV中，A相主开关比较值uma为Vdc/2+ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2‑urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2‑urc；区间V中，A相主开关比较值uma为Vdc/2+ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2+urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2‑urc；区间VI中，A相主开关比较值uma为Vdc/2‑ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2+urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2‑urc；所述的三相主开关比较值计算模块I(41)表达式为：所述的辅助开关比较值计算模块I(43)表达式为：所述的下降锯齿载波I(42)的表达式为：表达式中的参数：Vdc为直流电压，ura为A相参考电压，urb为B相参考电压，urc为C相参考电压，Ts为开关周期，TSC为直通信号的导通时间，Td为死区时间，N为整数；第二种方法采用三相主开关比较值计算模块II(44)，上升锯齿载波II(45)以及辅助开关比较值计算模块II(46)，由三相主开关比较值计算模块II(44)输出A、B、C三相主开关比较值uma、umb、umc，上升锯齿载波II(45)输出锯齿载波usaw，辅助开关比较值计算模块II(46)输出辅助开关比较值um7；所述的三相主开关比较值计算模块II(44)：根据A相参考电压ura的相位从‑30度开始至330度结束作为一个工频周期，以每60度相位将一个工频周期分为6个区间，‑30度至30度为区间I，30度至90度为区间II，90度至150度为区间III，150度至210度为区间IV，210度至270度为区间V，270度至330度为区间VI；区间I中，A相主开关比较值uma为Vdc/2+ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2‑urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2‑urc；区间II中，A相主开关比较值uma为Vdc/2+ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2+urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2‑urc；区间III中，A相主开关比较值uma为Vdc/2‑ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2+urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2‑urc；区间IV中，A相主开关比较值uma为Vdc/2‑ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2+urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2+urc；区间V中，A相主开关比较值uma为Vdc/2‑ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2‑urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2+urc；区间VI中，A相主开关比较值uma为Vdc/2+ura,B相主开关比较值umb为Vdc/2‑urb,C相主开关比较值umc为Vdc/2+urc；所述的三相主开关比较值计算模块II(44)表达式为：所述的辅助开关比较值计算模块II(46)表达式为：所述的上升锯齿载波II(45)的表达式为：表达式中的参数：Vdc为直流电压，ura为A相参考电压，urb为B相参考电压，urc为C相参考电压，Ts为开关周期，TSC为直通信号的导通时间，Td为死区时间，N为整数；所述的第一选择器(11)的选择逻辑为当A相参考电压ura小于0时，第一选择器(11)输出为第一选择器(11)输入端a的信号，当A相参考电压ura大于0时，第一选择器(11)输出为第一选择器(11)输入端b的信号；第二选择器(12)的选择逻辑为当B相参考电压urb小于0时，第二选择器(12)输出为第二选择器(12)输入端a的信号，当B相参考电压urb大于0时，第二选择器(12)输出为第二选择器(12)输入端b的信号；第三选择器(13)的选择逻辑为当C相参考电压urc小于0时，第三选择器(13)输出为第三选择器(13)输入端a的信号，当C相参考电压urc大于0时，第三选择器(13)输出为第三选择器(13)输入端b的信号；上述的第一上升沿延时模块(18)、第二上升沿延时模块(19)、第三上升沿延时模块(20)、第四上升沿延时模块(21)、第五上升沿延时模块(22)、第六上升沿延时模块(23)、第七上升沿延时模块(24)、第八上升沿延时模块(25)为上升沿延时，上升沿信号延时并输出，其余时刻输出信号与输入信号相等，第一上升沿延时模块(18)、第二上升沿延时模块(19)、第三上升沿延时模块(20)、第四上升沿延时模块(21)、第五上升沿延时模块(22)、第六上升沿延时模块(23)、第七上升沿延时模块(24)的延时都为Td，第八上升沿延时模块(25)的延时为Td2，第一下降沿延时模块(26)为下降沿延时，下降沿信号延时并输出，其余时刻输出信号与输入信号相等，第一下降沿延时模块(26)的延时都为Td‑Tr，需满足Tr≤Td，Tr为第一谐振时间，Td2满足Td2>Tr2，Tr2为第二谐振时间。