[發明專利]一種三電平半橋軟開關變流電路、控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202110229346.9
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112994499B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 張光先;張甫國;李昊;張延河;張海林;呂金建
• 申請（專利權）人: 濟寧奧太電氣有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/088
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種三電平半橋軟開關變流電路、控制系統及其控制方法，包括：相并聯的第一輸入電容組、第二輸入電容組及三電平半橋逆變電路；以及第一電感、隔直電容、變壓器和輸出電路；其中，所述第一電感、隔直電容、變壓器原邊串聯以后，其一端連接三電平半橋逆變電路的橋臂中點，另一端連接第一輸入電容組的中點，所述三電平半橋逆變電路的嵌位二極管連接中點與第二輸入電容組電路中點相連，所述變壓器副邊與輸出電路相連。能夠使各開關管在導通關斷時均處于軟開關狀態。以及實現輸入電容中點電位平衡。

技術領域

本公開屬于DC-AC-DC變流電路技術領域，尤其涉及一種三電平半橋軟開關變流電路及其控制方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

傳統的兩電平變流電路，具有拓撲結構簡單、易于控制等優點，廣泛應用于各種DC-AC-DC變流電路中。但兩電平變流電路也存在著開關管耐壓值要求高，開關應力大，頻率提升困難等問題，在高電壓輸入場合，受到了較大限制。三電平半橋逆變電路由于開關管承受電壓值為兩電平逆變電路的一半，開關應力小，更容易實現高頻，在高電壓輸入場合下，應用優勢明顯。

現有技術中雖然存在變流電路采用軟開關的拓撲形式，但各開關管在關斷時均為硬關斷，只能夠實現零電壓導通，軟開關效果較差，或者采用無源輔助網絡實現三電平半橋電路的零電壓開關，但輔助網絡增加了系統的復雜度和成本，或者采用輔助硬件電路實現輸入電容中點電位平衡，但是電路較復雜，降低系統可靠性，或通過檢測電容電壓修正調制波實現輸入電容中點電位平衡，但需要增加電壓檢測電路，控制算法也較復雜。

因此，如何實現開關管的軟開關和輸入電容中點電位平衡是本申請所主要解決的技術問題。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種三電平半橋軟開關變流電路，實現開關管的軟開關和輸入電容中點電位平衡。

為實現上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了一種三電平半橋軟開關變流電路，包括：

相并聯的第一輸入電容組、第二輸入電容組及三電平半橋逆變電路；

以及第一電感、隔直電容、變壓器和輸出電路；

其中，所述第一電感、隔直電容、變壓器原邊串聯以后，其一端連接三電平半橋逆變電路的橋臂中點，另一端連接第一輸入電容組的中點，所述三電平半橋逆變電路的嵌位二極管連接中點與第二輸入電容組電路中點相連，所述變壓器副邊與輸出電路相連。

進一步的技術方案，所述第一輸入電容組、第二輸入電容組分別包括兩個相串聯的電容，其中，第一輸入電容組電路中點與第二輸入電容組電路中點不相連。

進一步的技術方案，所述三電平半橋逆變電路包括開關管橋臂電路和開關管鉗位電路，所述開關管橋臂電路包括串聯連接的開關管上橋臂電路和開關管下橋臂電路，所述開關管鉗位電路一端與開關管上橋臂中點相連，另一端與開關管下橋臂中點相連。

進一步的技術方案，還包括第二電感，所述第二電感一端接開關管橋臂電路中點，另一端接第二輸入電容組中點。

優選的，所述的第二電感為單一電感或者采用多個串聯或并聯的電感。

更進一步的技術方案，所述開關管橋臂電路包括4個帶有反并聯二極管的開關管，所述開關管依次串聯，上面兩個開關管組成開關管上橋臂，下面兩個開關管組成開關管下橋臂。

更進一步的技術方案，所述開關管鉗位電路包括2個鉗位二極管，所述鉗位二極管串聯連接。

進一步的，所述三電平半橋逆變電路的各開關管兩端分別并聯有電容，需要增加額外電路來保證在輕載和空載狀態下，并聯的電容不會直接通過開關管放電。