[发明专利]用于抑制间接矩阵变换器输出端高频电磁干扰的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子与电力传动类的开关变换器领域，特别涉及一种用于抑制间接矩阵变换器输出端高频电磁干扰的控制系统。

背景技术

间接矩阵变换器由四象限电流源整流级和标准电压源逆变级组成，中间无需储能电容，具有正弦输入输出电流，可控功率因数，能量双向流动，换流简单，可靠性高等优点。

但是，传统的调制方法，如空间矢量和载波调制原理使用规则脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)，导致输出电压在开关频率及其倍数频率处产生较高幅度的谐波，这些电压谐波将在电动机拖动中产生较大的传导性电磁干扰，以致影响到工业设备中其他电子装置和通信系统的正常运行。因此，抑制间接矩阵变换器输出端高频电磁干扰对其在工程中的应用具有重要的实际意义。

目前，抑制间接矩阵变换器输出电压所产生电磁干扰的方法主要是安装输出滤波器，这样不仅额外增加了成本，而且增大了变频器的体积和重量。另一种方法是采用随机PWM技术，将离散的谐波扩展到更宽的边带内，并不改变谐波能量，从而降低谐波峰值，从源头上抑制输出电压谐波。后一种方法是一种软件手段，能够以最小的代价改善电磁兼容性。目前，随机PWM技术被广泛地应用于直流-直流变换器，直流-交流变换器，交流-直流变换器，甚至多电平逆变器。然而，由于间接矩阵变换器相对复杂的调制和换流策略，间接矩阵变换器随机PWM调制方法的应用较为困难。因此，需要提供一种基于随机PWM方法来抑制间接矩阵变换器输出端高频电磁干扰的控制系统，在保证输入输出性能的同时，降低输出电压谐波峰值，改善电磁兼容环境。

发明内容

本发明要解决的技术难题是提出一种间接矩阵变换器控制系统，实现随机PWM技术，从而抑制输出端高频电磁干扰。

本发明采用的技术方案如下：

用于抑制间接矩阵变换器输出端高频电磁干扰的控制系统，包括间接矩阵变换器、同步信号检测电路、DSP控制器、开关驱动电路和隔离电源。间接矩阵变换器需要10个开关驱动电路，每一个开关驱动电路使用1路隔离电源，共需要10路隔离电源。

所述的间接矩阵变换器作为控制对象，包括输入LC滤波器、双向开关构成的整流级、普通逆变级和阻感性负载；双向开关构成的整流级采用两个IGBT共射极连接的双向开关，逆变级采用单向开关，共有18个IGBT。向开关构成的整流级和普通逆变级直接耦合，中间没有直流储能元件。

所述的同步信号检测电路，包括过零比较器和双稳态触发器。被检测的输入电压经过电阻分压后，输入到比较器的一端，比较器的另一端通过三极管钳位，可以准确检测到由正变为负时的电压过零点。由于电压过零时比较器输出会产生振荡，导致反复输出同步信号，所以比较器产生的同步信号再及经过双稳态触发器消除振荡的影响，得到净化的同步信号。

所述的开关驱动电路采用驱动芯片，通过5V稳压管和电容并联引入了5V的负偏压，保证IGBT可靠关断。在门极和发射极之间加入5V和20V反向串连的稳压管来防止驱动电压过高而损坏IGBT。加入了RCD缓冲电路来防止IGBT关断时产生过电压。驱动芯片具有过电流保护功能，当发生过电流故障时，FAULT故障信号变低电平，同时驱动芯片自动将输出变为低电平。单向开关驱动电路采用1片驱动芯片，双向开关驱动电路采用2片驱动芯片。

所述的隔离电源通过1路输入多路隔离输出的变压器实现。市电通过降压变压器隔离后，经过二极管整流，最终通过三端稳压器稳压，保证输出稳定的直流驱动电压。

所述的DSP控制器负责读取同步信号，实现随机PWM方法，输出开关信号来完成换流过程。DSP通过读取捕获寄存器标志位来判断是否接收到同步信号。DSP分别采用EPWM中的三个定时器来记录载波周期，输入电压周期和输出电压周期。输入和输出电压扇区的判断通过输入电压周期定时器和输出电压周期定时器的计数值来判断，将周期值等分为六个区间，通过计数值所在的区间来获得扇区值。随机PWM技术的开关占空比和开关时间的计算方法见于具体实施方式中的描述。换流过程与间接矩阵变换器传统的整流级零电流换流过程一致。

三相电网电压经过LC滤波器，再通过整流级变换后得到脉动直流电压，最后经过逆变级变换后输出给三相负载。LC滤波器的滤波电容上的电压输入到同步信号检测电路的测量端口，然后同步信号检测电路产生一个脉冲输入到DSP的事件管理器的捕获端口中。DSP输出12路PWM信号，其中6路驱动双向开关驱动电路，6路驱动逆变级开关驱动电路。开关驱动电路将来自DSP的开关信号放大后驱动相应开关动作。