一种z源三电平pwm整流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种Z源三电平PWM整流器。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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】
[0005] 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Swi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。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0007] -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 wi和 Sw2;其后输出端与电容C i和电容C2的串联支路并联连接，电容C i和电容C2的串联支路与 直流负载连接；
[0008] 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Swi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。
[0009] 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C 1和电容C 2串联支路的中点相连。
[0010] 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。
[0011] 所述开关管Swi和Sw2都是由IGBT和二极管反并联组合而成；开关管S wi和Sw2的 开断取决于整流器运行于何种模式下：
[0012] 当整流器处于非直通模式时，开关管Swi和Sw2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 wi和Sw2的IGBT都接收关断信号；当整流器处于上直通模式时， 开关管Swi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Swi的IGBT接收关断信号，开关管S W2的IGBT接收开通信号。
[0013] 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。
[0014] 所述采样调理电路采集输入三相交流电压以及三相电流的幅值及相位、Z源网络 电容电压以及直流侧输出的电压值大小。
[0015] 本实用新型的有益效果是：
[0016] 1、相对于三电平整流器而言，Z源三电平整流器不仅可以实现降压输出，而且由于 直通不会引起功率器件的损坏，可靠性明显增加，消除死区时间，防止波形畸变；
[0017] 2、Z源两电平PWM整流器虽然能够实现降压整流和桥臂直通保护，但是当其应用 于大功率的场合时，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；此外该结 构整流器交流侧输出电压在两电平上切换，开关频率不高时，将导致谐波含量相对较大。而 Z源三电平整流器能够在提高耐压等级的同时，有效地降低交流谐波电压和电流，在相同的 开关频率和控制方式下改善其网侧波形的质量，减小畸变。
[0018] 3、本实用新型Z源三电平PWM整流器具有高功率、波形质量好等优点，在光伏发电 系统、风力发电系统、燃料电池等可再生能源领域前景广泛。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型系统的拓扑结构图；
[0020] 图2(a)为Z源三电平PWM整流器全直通模式下的电流电路图；
[0021] 图2(b)为Z源三电平PWM整流器上直通模式下的电流电路图；
[0022] 图2 (c)为Z源三电平PWM整流器下直通模式下的电流电路图；
[0023] 图3为Z源三电平PWM整流器的等效电流电路图；
[0024] 图4(a)为Z源三电平PWM整流器的非直通简化等效电路图；
[0025] 图4(b)为Z源三电平PWM整流器的全直通状态的简化等效电路图；
[0026] 图4(c)为Z源三电平PWM整流器的上直通状态的简化等效电路图；
[0027] 图4(d)为Z源三电平PWM整流器的下直通状态的简化等效电路图；
[0028] 图5(a)为载波反相加直通的调制方法；
[0029] 图5(b)为载波同相加直通的调制方法；
[0030] 图6为Z源三电平PWM整流器控制框图；
[0031] 图7(a)为使用载波同相调制方法不加直通的Z源电容电压波形和直流侧负载波 形；
[0032] 图7(b)为使用载波同相调制方法不加直通的网侦U电压和三相电流波形；
[0033] 图7(c)为使用载波同相调制方法不加直通的交流侦J线电压