[发明专利]交流推挽逆变-矩阵整流的降压电路

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电力电子技术领域的AC-DC变换器，具体是一种交流推挽逆变-矩阵整流的降压电路，即用于交流变换的能量双向流动的AC-DC变换器。

背景技术

随着我国智能电网的发展，太阳能发电、风力发电以及小水电等分布式发电系统在整个能源结构中的比例逐步上升。分布式电源容量小，分布广，交直流电源兼有，且电源电压或频率具有较大的波动性。而体积小、重量轻、交流推挽逆变-矩阵整流的降压电路可灵活地将各种分布式电源接入电力系统，具有良好的应用前景。

能量双向流动的电力电子变压器具体包括两个电压变换环节，一个是高压交流电输入-低压交流电输出环节，另一个是低压交流电压输入-低压直流电压输出环节。

为了完成高压交流电压输入-低压交流电输出环节，可以采用交-交变换器，也可以采用交-直-交两级变换器结构，其中交-直变换器部分可以独立成为产品，输出较低的直流电压，后级可再配置常规的直-交变换器，最终输出低压交流电压。交-交变换器主要有两种类型：直接交-交变换器和间接交-交变换器。直接交-交变换器包括矩阵变换器和周波变换器，间接交-交变换器包括交直交变换器。单相输入的直接交-交变换器的电路简单，控制容易，成本较低，但是其功能受限，调压与变频能力差，低压穿越能力差，输入功率因数低。如果不加以正确处理，工频高压交流电源就会出现功率因数不为1的情况，大量的谐波电流会产生多种危害，为此必须加以处置。三相输入的直接交-交变换器的功能齐全，性能高，但是其电路复杂，控制繁琐，成本高，低压穿越能力差。单相、三相输入的间接交-直-交变换器包括两级结构：前级AC-DC变换器和后级DC-AC变换器，其功能齐全，性能高，低压穿越能力强，但是需要采用初级功率因数校正器来降低网侧谐波电流。

经过对现有适合高压交流电压输入-低压交流或低压直流电压输出应用场合的交交变换器技术的检索发现，“基于单相矩阵变换器的非接触供电系统研究”（电力电子技术，2009年第11期43卷）和“基于矩阵变换器拓扑结构的调压器的设计实现”（上海师范大学学报，2009年第1期38卷）中描述的单相-单相交-交变换器的功能和性能较差，输出电压的变频调压能力和输入阻抗呈现非线性，很难推广到三相-单相变换器；中国专利号：02139030.4，专利名称：电力电子变压器，描述的电力电子变压器的拓扑和工作原理都极其复杂，应用难度非常高。

为了完成低压交流电压输入-低压直流电压输出，同时实现阻抗变换，可以采用功率因数校正电路。传统的有源PFC校正器采用不可控整流桥方案，输出电压频率不可调，，不支持能量双向流动。这种方案的局限性使得其无法紧随技术的发展，不能满足智能的要求，必将被淘汰。

综上所述，直接交-交变换器存在控制复杂和输入功率因数低的不足，间接交-交变换器需要输入功率因素校正来降低网侧谐波干扰，均不能适用于高压交流输入-低压交流或低压直流输出地应用场合，传统不可控整流桥PFC校正电路也无法满足功率双向流动的要求。随着实践应用的扩大，设计一种结构简单、功能全面、高输入功率因数，能量双向流动的交-交变换器已成为本领域技术人员的当务之急。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种交流推挽逆变-矩阵整流的降压电路，使其实现交流-直流变换，具有线性输入阻抗，解决低压穿越问题，输出直流电压升降可调的功能，支持四象限工作，具有结构简单，控制容易和成本低廉的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：高频变换电路和阻抗变换电路，其中：高频变换电路的输出端与阻抗变换电路的输入端相连。

所述的高频变换电路包括：依次级联的滤波电路、推挽电路、变压器和矩阵变换器。

所述的滤波电路为LC滤波器。

所述的推挽电路的结构为两组共射逆导开关组成的半桥式结构。这两组共射逆导开关的开关信号相位相差180°。推挽电路的输出端与变压器两端相连，所述的逆导开关的基极接受PWM脉冲控制信号。

所述的矩阵变换器的两个桥臂的中点分别通过变压器连接推挽电路的输出端，所述的逆导开关的基极接受PWM脉冲控制信号。

所述的阻抗变换电路为输出端并联滤波电容的全控桥式整流电路，桥的两个桥臂中点分别连接矩阵变换器的两个交流输出端，整流桥的输出端输出直流电压。