[发明专利]阻抗源整流器最大降压和最小开关频率脉宽调制方法

说明书

本发明公开了一种阻抗源整流器最大降压和最小开关频率脉宽调制方法，通过调节一相桥臂的直通时间使一个开关周期T_s内整流桥直流侧电压为交流侧输入开关线电压的瞬时最大值，从而可以将整流桥中电力半导体器件的等效开关频率减小为1/3f_s。本发明通过将阻抗源整流器中间直流侧电压控制为交流输入开关电压的包络线即三相线电压的瞬时最大值，有效地减小了高增益应用场合下电力半导体器件的电压应力和等效开关频率，有助于降低变流器中电力半导体器件的成本和提高电能转换效率。本发明提出的调制方法，阻抗源整流器直流侧电感电流和电容电压包含六倍基波频率的低频纹波。

技术领域

本发明属于新能源汽车快速充电领域，具体涉及一种Z源整流器最大降压和最小开关频率脉宽调制方法。

背景技术

工信部数据显示，2016年我国共生产新能源汽车51.7万辆，连续两年产销量居世界第一。目前累计推广量已超过100万辆，占全球市场保有量的50％以上。尽管产销市场规模快速增长，但动力电池的核心技术还需要大幅度提升，充电基础设施建设仍需要加快推进。国家电网公司召开电网发展新闻发布会时表示，2017年将建设2.9万个充电桩，到2020年建成12万个充电桩。

整流器是充电桩中必不可少的环节，传统的电压型PWM整流器由于自身结构的问题，存在一些应用上的局限性。首先，为了避免上、下桥臂同时导通而加入死区时间必然导致输入电流波形畸变，且谐波畸变率随开关频率升高而变大。其次，传统的三相电压源整流器是由boost变换器衍生得到的，因此，只能实现升压AC-DC功率变换。当采用正弦脉宽调制(SPWM)加入三次谐波注入或空间矢量调制(SVM)提高电压传输比时，获得的最小直流输出电压约为1.73倍整流桥输入电压峰值。因此只有在后级级联一个直流斩波变换器对PWM整流器的输出电压进行一定的处理后，才能应用于上述低压蓄电池充电或宽输出电压调节场合，可是这种两级功率变换结构不仅降低整机效率，而且增加系统成本。因此，高效率降压型单级AC-DC整流器拓扑及其控制方法成为国内学者研究的热点。

阻抗源整流器(如图1所示)，在直流负载和整流桥之间引入电感和电容型阻抗网络，利用桥臂中上、下开关器件的直通实现降压调节功能。相比于传统电压源整流器，阻抗源整流器具有以下明显的优点，实现升降压调节功能；作为单级功率变换器，减小开关器件数量，提高电能转换效率；允许桥臂上、下开关器件直通，提高系统可靠性；消除整流器的死区，减小输入电流谐波，提高电能质量。因此，在宽输出AC-DC功率变换场合阻抗源整流器具有明显的效率、成本和可靠性优势。

典型的阻抗源网络包括Z源和准Z源两种。相比于Z源整流器，准Z源整流器减小无源器件需求的同时实现输出电流连续，在上述电动汽车充电场合更具实用价值。鉴于阻抗源变换器独特的电路结构，文献1“Peng FangzhengZ-source inverter，IEEETransactions on Industry Applications，vol.39，no.2，pp.504-510，Mar 2003在提出电路拓扑的同时给出了一种典型脉宽调制方法。然而，该方法存在直流电压利用率低的缺点。

现有文献2“Miaosen Shen，Jin Wang，Fang Zheng PengConstant boostcontrol of the Z-source inverter to minimize current ripple and voltagestress，IEEE Transactions on Industry Applications，vol.42，no.3，pp.770-778,May2006提出适用于阻抗源变换器最大恒定升压控制的脉宽调制方法，提高了直流电压利用率，同时减小了开关器件电压应力。阻抗源变换器中间直流侧一个开关周期(T_s)内电压平均值恒定且为输出相电压的最大值。