[发明专利]一种具有直流输出功能的间接式矩阵变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种间接式矩阵变换器，特别是一种具有直流输出功能的间接式矩阵变换器及其控制方法。

背景技术

矩阵变换器(MC)摒弃储能电容，具有结构紧凑、能量双向流动、使用寿命长等优点，特别适用于一些工作环境恶劣的场合，例如航空和军用领域等。MC可以分为两类：直接式矩阵变换器(DMC)和间接式矩阵变换器(IMC)。IMC是基于DMC的概念发展而来的一种新型拓扑。相比DMC，IMC有钳位电路简单、换流安全可靠等优点。因此，IMC近年来获得学者的广泛关注，具有良好的应用前景。

在飞机供电系统、分布式发电系统等场合，同时存在着大量的交流负载和直流负载。考虑到间接式矩阵变换器只能输出交流电压，因此若将间接式矩阵变换器应用于这些场合，则还需额外的单级式或两级式AC/DC变换器给直流负载供电，供电示意图如图2所示。这会导致供电系统控制复杂化以及系统体积与重量的增加。因此，若能提出一种具有直流输出功能的IMC，就可以实现交/直流集中供电，有利于供电系统的控制和管理以及供电系统结构的简化。综上所述，研究一种具有直流输出功能的IMC拓扑结构，并辅以合理的控制策略，具有重要的研究意义和应用价值。

目前，专利《具有直流励磁调节和电压频率变换的双级式矩阵变换器》(申请号：200910030725.4申请日：2009-04-10)提出一种具有直流励磁调节和电压频率变换器的双级式矩阵变换器。该专利应用场合为交流电机励磁，且未考虑直流变换器与双级式矩阵变换器之间的协调控制。专利《一种具有直流稳压输出功能的双级式三相四桥臂矩阵变换器》(申请号：201210023900.9申请日：2012-02-03)则提出一种具有直流稳压输出功能的双级式三相四桥臂矩阵变换器，所提电路拓扑实现了间接式矩阵变换器交流电压和直流电压一体化输出。但该专利存在两处不足：

1.交流侧与直流侧虽在输出上是独立的，但双管正激电路与双级式三相四桥臂矩阵变换器共用一个桥臂，因此交流侧与直流侧在控制上是耦合的，这增加了电路控制的难度；

2.该专利没有针对所提电路提出具体、详细的控制策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种具有直流输出功能的间接式矩阵变换器及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种具有直流输出功能的间接式矩阵变换器，包含依次相连的三相输入滤波电路、整流级电路、双管正激电路、逆变级电路和三相输出滤波电路；

所述双管正激电路包含第一至第四二极管、第一至第二IGBT、电容、电感和变压器；

所述第一二极管的阴极分别和整流级电路的正极输出端、逆变级电路的正极输入端、第一IGBT的集电极相连，阳极分别和第二IGBT的集电极、变压器原边的一端相连；

所述第一IGBT的发射极分别和变压器原边的另一端、第二二极管的阴极相连；

所述第二二极管的阳极分别和整流级电路的负极输出端、逆变级电路的负极输入端、第二IGBT的发射极相连；

所述变压器副边的一端和所述第三二极管的阳极相连，另一端分别和所述第四二极管的阳极、电容的一端相连；

所述第三二极管的阴极分别和第四二极管的阴极、电感的一端相连；

所述电感的另一端和所述电容的另一端相连，且所述电容的两端用于输出直流。

本发明还公开了一种基于该具有直流输出功能的间接式矩阵变换器的控制方法，每个调制周期内第一IGBT和第二IGBT开通与关断的时刻由以下步骤得到：

第一步：计算当前调制周期内间接式矩阵变换器整流级电路中各个电流矢量的占空比：

式中，σ₁和σ₂是有效电流矢量的占空比，σ₀是零矢量占空比，α是输入电流矢量的相角，m_c为整流级电路的调制系数；

第二步：占空比为σ₁的电流矢量作用时，第一IGBT和第二IGBT在t_p1时刻开通，并在t_n1时刻关断，t_p1与t_n1如下式所示：

式中D是当前调制周期第一IGBT和第二IGBT的占空比；