[實用新型]一種矩陣式交流/直流變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420401540.6
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN204030997U
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志平;胡戰(zhàn)虎;楊坤;徐馳;鄒兵;張立平;汪春;汪暾
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省自動化研究所
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及交直流變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采取PWM控制的能實現(xiàn)四象限運行的矩陣式交流/直流變換器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)整流裝置使用不可控或半控型器件，其通斷時間不可控或者不完全可控。利用二極管構(gòu)成的不可控整流裝置具有明顯的缺點，如輸出直流電壓不可調(diào)、令輸入電流波形嚴重畸變、電網(wǎng)功率因數(shù)很低，且由于二極管的單向?qū)щ娦詻Q定了其能量只可單向流動。而采用晶閘管的相控整流器雖然解決了輸出電壓不可調(diào)的缺點，但由于其采用相控方式控制，仍然存在輸入電流嚴重畸變、輸入功率因數(shù)低等問題，同時也無法導通反向電流，負載只能實現(xiàn)兩象限運行。隨著越來越多的傳統(tǒng)整流設(shè)備投入使用，電力電子設(shè)備已成為電網(wǎng)中的最主要諧波污染源，而在各種變換器之中，整流設(shè)備又是諧波污染的主要來源。同時，傳統(tǒng)整流器較低的功率因數(shù)使電網(wǎng)不得不進行額外的無功補償，添置額外的補償設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這對于電網(wǎng)的經(jīng)濟運行將產(chǎn)生極為不利的影響。同時，如今許多直流電機要求既能正、反轉(zhuǎn)又能實現(xiàn)快速制動，這就要求直流電源具有四象限運行的能力，顯然傳統(tǒng)的整流設(shè)備無法滿足這一要求。

實用新型內(nèi)容

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)的矩陣式交流/直流變換器，具體技術(shù)方案如下。

一種矩陣式交流/直流變換器，包括輸入濾波電路和順次連接的輸入電壓檢測電路、控制電路、驅(qū)動電路、開關(guān)矩陣，其中輸入濾波電路的輸入端接三相交流，輸入濾波電路的輸出端與開關(guān)矩陣的輸入端連接，驅(qū)動電路與開關(guān)矩陣連接，輸入電壓檢測電路的輸入接三相交流，所述開關(guān)矩陣采用六個雙向開關(guān)連接成三相H橋，該矩陣式交流/直流變換器實現(xiàn)三相交流輸入，單相直流輸出。

進一步的，所述開關(guān)矩陣中的每個雙向開關(guān)均由一對全控型功率開關(guān)組成。

進一步的，每個雙向開關(guān)由2只反向串聯(lián)的IGBT組成。

進一步的，所述輸入電壓檢測電路采用霍爾電壓傳感器構(gòu)成。

進一步的，控制電路由TMS320F28335芯片(DSP)和EP4CE6芯片(FPGA)組成，實現(xiàn)對輸出電壓幅值和極性的調(diào)節(jié)。所述控制電路采取基于電流空間矢量控制算法的PWM控制策略(這種控制算法為現(xiàn)有技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電機控制領(lǐng)域，屬于公知的一種控制算法)，并利用輸入電壓檢測電路的檢測結(jié)果，由控制電路完成邏輯運算，實現(xiàn)一步換流控制，控制信號通過驅(qū)動電路進行功率放大后驅(qū)動雙向開關(guān)，利用驅(qū)動芯片自帶的光電耦合元件實現(xiàn)了光電隔離。

進一步的，所述驅(qū)動電路采用ACPL‐332J驅(qū)動芯片，自帶光電隔離功能和故障信號輸出，驅(qū)動電路的故障信號端接入控制電路，當控制電路接受到故障信號，將自動停止向驅(qū)動電路發(fā)出控制信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。本實用新型公開了一種矩陣式交流‐‐‐直流變換器，利用霍爾電壓傳感器構(gòu)成輸入電壓檢測電路，通過已有算法(基于電流空間矢量控制算法)檢測相電壓和線電壓過零點來實現(xiàn)對輸入交流電周期進行分區(qū)，再對6個不同的扇區(qū)施以適當?shù)腜WM控制，最終實現(xiàn)基于電流空間矢量策略的PWM控制。傳統(tǒng)整流裝置使用不可控或半控型器件，而本實用新型采用一步換流，通過2個IGBT功率開關(guān)反向串聯(lián)組成雙向開關(guān)，實現(xiàn)了輸出電壓連續(xù)可調(diào)，能在單位功率下實現(xiàn)四象限運行。本實用新型不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且可以使得開關(guān)次數(shù)顯著減少，控制電路采用DSP+FPGA組成雙核結(jié)構(gòu)，提供了電路工作效率和穩(wěn)定性。本實用新型可用于直流電機的四象限運行、直流勵磁、功率因數(shù)校正等場合。

附圖說明

圖1為交流/直流矩陣變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。

圖2為實例中IGBT串聯(lián)組成雙向開關(guān)的連接圖。

圖3為實例中目標電流矢量的合成示意圖。

圖4為實例中占空比離散化邏輯圖。

圖5為矩陣式交流/直流變換器電路方框圖。

圖6為實例中IGBT驅(qū)動電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細的描述，需特別指出的是，以下僅僅是本實用新型的較佳實例，并不用于限定本實用新型的保護范圍，另外，若有未特別詳細說明的符號或控制過程，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。