[发明专利]低共模噪声的电源变换装置及其应用系统

说明书

技术领域

本申请涉及一种电源变换装置，包括使用这种电源变换装置的能量转换系统、变频器驱动系统、有源电力滤波器和太阳能并网逆变系统。

背景技术

电源变换装置的开关元件的开关动作会引起较高的电压变化率（dv/dt）和电流变化率（di/dt）,这些电压电流的快速变化会通过系统对地的分布电容产生共模噪音，流入电网，从而干扰连接在电网上的其他电子设备。

图1示例性示出了一典型的三相功率变换器拓扑及其产生共模噪声的原因的电路图。11为功率变换单元，例如由三个半导体桥臂并联构成，每个桥臂由两个半导体器件构成。在图1中，121和122分别为直流母线电容C_B1和C_B2，123为直流母线中点O，即直流母线电容C_B1和C_B2的连接点；15为交流源，例如电网。131、132、133分别为滤波电感La、Lb、Lc，各滤波电感的一端与交流源15对应的一相相线连接，另一端与功率变换单元11对应的桥臂中点相连，通常这三个滤波电感的分布是对称的。14为一组星形连接的差模滤波电容组，例如包括三个连接成星形的电容C_x，141为三个电容C_x连接构成的公共端N。图1中的滤波电感La、Lb、Lc与X电容组14组成差模滤波器。G表示大地，为简洁起见，只标示出了一处，其余处由相同的器件符号标示。16为电源阻抗稳定网络（LISN），是传导电磁干扰测试时的辅助设备。

直流母线中点O与地之间具有分布电容C₀（100）。类似地，功率变换单元11的桥臂中点A、B、C对地分别具有分布电容C_1a（101）、C_1b（102）、C_1c（103）。直流母线中点O以及桥臂中点A、B、C对地电位跳变会通过上述分布电容C₀、C_1a、C_1b、C_1c产生位移电流，位移电流流入地，形成共模噪声。

为了满足国际电磁兼容标准，如何更有效，更低成本地抑制共模噪声，是业界普遍关注的问题。

图2示例性示出了传统技术中一种抑制共模噪声的解决方案的电路图。图2与图1的区别在于在电网15与功率变换单元11之间的三相电源线上增加了一个无源共模滤波器17来抑制共模噪声。图2中的无源共模滤波器17包括一个共模电感L_CM（171）和一组Y电容组172，Y电容组172例如包括三个连接成星形的电容C_Y，三个电容C_Y的公共端N_Y（173）接地。

然而，图2中的共模电感171往往体积较大，成本较高。而且当要求的共模感量较大时，共模电感171甚至很难设计。

图3示意了传统技术中另一类抑制共模噪声的解决方案，就是通过减小原始共模噪声来降低对共模滤波器的要求。图3示例性示出了该种抑制共模噪声的解决方案的电路图。图3与图1的区别在于将星形连接的X电容组14的公共端N（141）直接与直流母线中点O（123）相连。由于N是一个虚拟中性点，其电位较稳，将直流母线中点O与该虚拟中性点N直接相连后，母线的对地电位也被嵌位到稳定电位，因而可以在一定程度上改善共模噪声。

然而，图3的方案只能抑制通过功率变换器的直流母线对地分布电容C₀（100）流入地时所产生的共模噪声，而对于通过功率变换单元的桥臂中点A、B、C对地分布电容C_1a（101）、C_1b（102）、C_1c（103）引起的共模电流，则不但不能抑制，反而还会增加。

发明内容