【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电源变换器，尤其涉及到一种三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器和控制方法。
技术介绍
1、现代电器设备离不开电源，在通信电源应用领域中，变换器必须满足总谐波失真、谐波电流限制、隔离和高转换效率等要求。较大功率的变换器采用三相两级设计，第一级采用pfc受控升压而满足功率因数校正的目的，第二级实现变压/隔离以及输出电压/电流控制的目的，这一级变换器通常使用谐振开关技术，以便使得转换效率最大化，并使电源设计方案的尺寸和散热要求最小化(因此使成本最小化)。这种两级式变换器的问题在于总的转换损耗是各级转换损耗的总和。在每级实现典型的96％左右的转换效率的情况下，总的转换效率最高只有92％。
2、高效率和低成本等优势吸引许多电源设计者试图开发有效的单级ac/dc变换器。现有单级ac/dc变换器电流流经双向开关上时引发损耗，变换器的转换效率偏低。并且双向开关只可采用调频的控制方法，控制方式单一，整个变换器的调整范围较窄。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提出三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器和控制方法。
2、本专利技术采用的技术方案是设计一种三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，包括矩阵变换开关组、第一母线y、第二母线o、隔离变换器、次边全桥单元以及控制器，其中所述矩阵变换开关组连接在三相电源与第一母线y之间，所述隔离变换器连接在第一母线y与第二母线o之间，所述第二母线o耦合连接三相电源，所述次边全桥单元连接直流端
3、优选的，所述矩阵变换开关组包括a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂和零电平桥臂，所述a相桥臂连接在所述第一母线y与三相电源中的a相输入端之间，所述b相桥臂连接在所述第一母线y与三相电源中的b相输入端之间，所述c相桥臂连接在所述第一母线y与三相电源中的c相输入端之间，所述零电平桥臂连接在所述第一母线y与第二母线o之间。
4、优选的，所述a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂和零电平桥臂皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆采用并联二极管的开关管，一个桥臂中的上开关和下开关采用反向串联的连接结构；所述a相桥臂包括a相上开关q1和a相下开关q2，所述b相桥臂包括b相上开关q3和b相下开关q4，所述c相桥臂包括c相上开关q5和c相下开关q6，所述零电平桥臂包括零电平上开关q7和零电平下开关q8。
5、可选的，所述隔离变换器包括谐振电感lr、谐振电容cr和隔离变压器tr，所述隔离变压器tr包括原边绕组lm和副边绕组ln，所述谐振电感lr、谐振电容cr与原边绕组lm串联后连接在第一母线y与第二母线o之间，所述副边绕组ln连接所述次边全桥单元。
6、可选的，所述第二母线o连接所述三相电源中的工频零电位点。
7、可选的，所述第二母线o与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容c7、第八电容c8和第九电容c9，其中所述第七电容c7连接在a相输入端与第二母线o之间，所述第八电容c8连接在b相输入端与第二母线o之间，所述第九电容c9连接在c相输入端与第二母线o之间。
8、可选的，所述隔离变换器包括谐振电感lr和隔离变压器tr，所述隔离变压器tr包括原边绕组lm和副边绕组ln，所述谐振电感lr与原边绕组lm串联后连接在第一母线y与第二母线o之间，所述副边绕组ln连接所述次边全桥单元。
9、可选的，所述第二母线o与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容c7、第八电容c8和第九电容c9，其中所述第七电容c7连接在a相输入端与第二母线o之间，所述第八电容c8连接在b相输入端与第二母线o之间，所述第九电容c9连接在c相输入端与第二母线o之间；所述三相谐振电容组还包括第十电容c10、第十一电容c11和第十二电容c12，其中所述第十电容c10连接在a相输入端与b相输入端之间，所述第十一电容c11连接在b相输入端与c相输入端之间，所述第十二电容c12连接在c相输入端与a相输入端之间。
10、本专利技术还设计了一种三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器的控制方法，所述变换器采用上述的三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，所述控制方法包括：采集所述三相电源的电压参数，将三相电源的一个工频周期以a相电压由负变正的过零点开始划分为十二个扇区，每个扇区占30°，每个扇区中三相电源中电压绝对值最大相记为l相、电压绝对值较大相记为m相、电压绝对值最小相记为s相；控制连接l相、m相、s相桥臂和零电平桥臂中的开关进行调频和调占空比调制，使第一母线y和第二母线o之间的母线电压uyo在一个控制周期内生成正电平、负电平、零电平变化。
11、优选的，在所述控制周期内，所述的正电平为l相相电压，负电平为m相相电压和s相相电压，所述正电平、零电平、负电平交替变化；或者在所述控制周期内，所述的负电平为l相相电压，正电平为m相相电压和s相相电压，所述负电平、零电平、正电平交替变化。
12、优选的，所述控制方法还包括：在每个扇区中检测l相和m相的正负值；在所述l相为正值m相为负值时，控制连接l相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制，控制连接m相的桥臂中的的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制；在所述l相为负值m相为正值时，控制连接l相的桥臂中的下管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、上管开关进行调频和调占空比调制，控制连接m相的桥臂中的上管开关可以常开也可以行调频和调占空比调制、下管开关进行调频和调占空比调制。
13、优选的，所述控制方法还包括：在所述l相为正值m相为负值时，连接l相的桥臂中的下管开关的导通时段在零电平桥臂中的下管开关的导通时段内，连接m相的桥臂中的上管开关的导通时段以及连接s相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中上管开关的导通时段内；在所述l相为负值m相为正值时，连接l相的桥臂中的上管开关的导通时段在零电平桥臂中的上管开关的导通时段内，连接m相的桥臂中的下管开关的导通时段以及连接s相的桥臂中的上管开关和下管开关的导通时段都在零电平桥臂中下管开关的导通时段内。
14、本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
15、本专利技术通过控制各桥臂中的开关管的时刻，可实现软开关控制；隔离变换器输入端的电平可以实现正、零、负三种电平，控制方法可同时采用调频和调占空比，与单独的调频或调占空比相比，可实现更宽的输出电压范围；此外，相比于传统的两级式ac/dc变换器，本专利技术能够减少能量变换等级，能够减少功率变换的无功，提高整体效率和变换器的功率密度，更符合当前对ac/dc电源设备的设计要求。
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1.一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，包括矩阵变换开关组、第一母线Y、第二母线O、隔离变换器、次边全桥单元以及控制器，其中
2.如权利要求1所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述矩阵变换开关组包括A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和零电平桥臂，所述A相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的A相输入端之间，所述B相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的B相输入端之间，所述C相桥臂连接在所述第一母线Y与三相电源中的C相输入端之间，所述零电平桥臂连接在所述第一母线Y与第二母线O之间。
3.如权利要求2所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述A相桥臂、B相桥臂、C相桥臂和零电平桥臂皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆并联二极管，一个桥臂中的上开关和下开关采用反向串联的连接结构；所述A相桥臂包括A相上开关Q1和A相下开关Q2，所述B相桥臂包括B相上开关Q3和B相下开关Q4，所述C相桥臂包括C相上开关Q5和C相下开关Q6，所述零电平桥臂包括零电平上开关Q7和零电平下开关Q8。
5.如权利要求4所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线O连接所述三相电源中的工频零电位点。
6.如权利要求4所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间。
7.如权利要求3所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述隔离变换器包括谐振电感Lr和隔离变压器Tr，所述隔离变压器Tr包括原边绕组Lm和副边绕组Ln，所述谐振电感Lr与原边绕组Lm串联后连接在第一母线Y与第二母线O之间，所述副边绕组Ln连接所述次边全桥单元。
8.如权利要求7所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线O与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，其中所述第七电容C7连接在A相输入端与第二母线O之间，所述第八电容C8连接在B相输入端与第二母线O之间，所述第九电容C9连接在C相输入端与第二母线O之间；所述三相谐振电容组还包括第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12，其中所述第十电容C10连接在A相输入端与B相输入端之间，所述第十一电容C11连接在B相输入端与C相输入端之间，所述第十二电容C12连接在C相输入端与A相输入端之间。
9.一种三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器采用权利要求2至8任一项所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器，所述控制方法包括：采集所述三相电源的电压参数，将三相电源的一个工频周期以A相电压由负变正的过零点开始划分为十二个扇区，每个扇区占30°，每个扇区中三相电源中电压绝对值最大相记为L相、电压绝对值较大相记为M相、电压绝对值最小相记为S相；
10.如权利要求9所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，
11.如权利要求10所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：在每个扇区中检测L相和M相的正负值；
12.如权利要求11所述的三相单级隔离半桥型双向ACDC矩阵变换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，其特征在于，包括矩阵变换开关组、第一母线y、第二母线o、隔离变换器、次边全桥单元以及控制器，其中
2.如权利要求1所述的三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，其特征在于，所述矩阵变换开关组包括a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂和零电平桥臂，所述a相桥臂连接在所述第一母线y与三相电源中的a相输入端之间，所述b相桥臂连接在所述第一母线y与三相电源中的b相输入端之间，所述c相桥臂连接在所述第一母线y与三相电源中的c相输入端之间，所述零电平桥臂连接在所述第一母线y与第二母线o之间。
3.如权利要求2所述的三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，其特征在于，所述a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂和零电平桥臂皆包括串联的上开关和下开关，所述上开关和下开关皆并联二极管，一个桥臂中的上开关和下开关采用反向串联的连接结构；所述a相桥臂包括a相上开关q1和a相下开关q2，所述b相桥臂包括b相上开关q3和b相下开关q4，所述c相桥臂包括c相上开关q5和c相下开关q6，所述零电平桥臂包括零电平上开关q7和零电平下开关q8。
4.如权利要求3所述的三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，其特征在于，所述隔离变换器包括谐振电感lr、谐振电容cr和隔离变压器tr，所述隔离变压器tr包括原边绕组lm和副边绕组ln，所述谐振电感lr、谐振电容cr与原边绕组lm串联后连接在第一母线y与第二母线o之间，所述副边绕组ln连接所述次边全桥单元。
5.如权利要求4所述的三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线o连接所述三相电源中的工频零电位点。
6.如权利要求4所述的三相单级隔离半桥型双向acdc矩阵变换器，其特征在于，所述第二母线o与所述三相电源之间连接三相谐振电容组，所述三相谐振电容组包括第七电容c7、第八电容c8和第九电容c9，其中所述第七电容c7连接在a相输入端与第二母线o之间，所述第八电容c8连接在b相输入端与第二母线...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，林景俊，蓝州，
申请(专利权)人：深圳市英可瑞数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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