[实用新型]一种Z源三电平PWM整流器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种Z源三电平PWM整流器。

背景技术

与传统的不控整流和相控整流相比，PWM整流器实现了网侧电流的正弦化，且可以运行于单位功率因数，因此具有功率因数高，输出电压纹波小，动态响应好等优点。PWM整流器分为电压型整流器(VSR)和电流型整流器(CSR)两种，其中电压型整流器具有电能双向传输，功率因数校正，减小输入谐波等优点，应用较为广泛。电流型整流器虽然具有电路保护和较快电流响应的优点，但是其交流侧电容和直流侧电感庞大的体积需要限制了它的应用。普通的电压型整流器只具备升压整流的功能，在直流侧输出电压小于交流侧输入电压的场合，需要加入DC/DC升压模块，增加了成本和设计难度。此外直通状态带来的电磁干扰会对其造成损害，降低它的抗干扰能力和运行稳定性。

为了改善传统电压型整流器的不足，有人提出了一种Z源两电平PWM整流器。该整流器克服了电压型PWM整流器不能降压的缺陷，能够实现升降压的功能，从而将两级式结构简化为一级式结构。并且该结构允许每个桥臂的两个管子同时导通，提高了系统的安全性。

两电平PWM整流器的不足之处在于当其应用于高压大功率的场合时，需使用高反压的功率开关管，或将多个功率开关管串联使用。此外由于该结构整流器交流侧输出电压总在两电平上切换，当开关频率不高时，将导致谐波含量相对较大。较之两电平，三电平整流器在提高耐压等级的同时，有效的降低了交流谐波电压和电流，在相同的开关频率和控制方式下能显著改善其网侧波形质量，减小畸变。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提出了一种Z源三电平PWM整流器，该结构在三电平整流器和负载之间加入了Z源网络，并在Z源右侧加入开关管S_W1和S_W2对直流侧回路进行控制。使用该控制方法的Z源三电平整流器，能够输出小于输入电压幅值的直流电压，并且允许主电路每一路开关管直通，提高整流器的抗干扰能力。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种Z源三电平PWM整流器，其特征是，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括四个串联的开关管，各相桥臂的中点经电感与电网或交流源相连作为该整流器的输入源；并联的各桥臂输出端与Z源网络的输入端相连；Z源网络的输出端上下分别串接开关管S_W1和S_W2； 其后输出端与电容C₁和电容C₂的串联支路并联连接，电容C₁和电容C₂的串联支路与直流负载连接；

通过控制电路控制整流器三相桥臂的开关管以及Z源网络右侧的开关管S_W1和S_W2的导通与关断，使Z源三电平PWM整流器分别运行于非直通、全直通、上直通和下直通四种运行模式。

所述三相桥臂中，分别在每一相桥臂中的第一开关管和第四开关管之间串接一对二极管，同时二极管的中点与电容C₁和电容C₂串联支路的中点相连。

所述Z源网络由接成类X型的两个电容和两个电感构成，该网络是一个对称结构，两电容电容值相同，两电感电感量相同，所述Z源网络左侧连接整流器的输出端、右侧输出作为直流负载的输入端。

所述开关管S_W1和S_W2都是由IGBT和二极管反并联组合而成；开关管S_W1和S_W2的开断取决于整流器运行于何种模式下：

当整流器处于非直通模式时，开关管S_W1和S_W2的IGBT都接收开通信号；当整流器处于全直通模式时，开关管S_W1和S_W2的IGBT都接收关断信号；当整流器处于上直通模式时，开关管S_W1的IGBT接收开通信号，开关管S_W2的IGBT接收关断信号；当整流器处于下直通状态时，开关管S_W1的IGBT接收关断信号，开关管S_W2的IGBT接收开通信号。

所述控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路以及DSP模块，采样调理电路连接DSP模块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。