[发明专利]一种T型变换电路及相应的三相变换电路和变换装置

说明书

本发明公开了一种T型变换电路及相应的三相变换电路和变换装置。T型变换电路中，通过在现有技术的T型变换电路中增加了一个电感、四个二极管和两个电容，从而使T型变换电路可控开关器件和二极管器件都能实现软开关，降低功率器件和二极管器件的功耗。采用上述T型变换电路的变换装置，通过设置第一电路模块和第二电路模块，将现有技术中的元器件与本技术方案中新增的元器件结合，从而可以在基本不改变现有逆变/整流装置的内部线路布局的情况下大大降低了改造成本，拓扑结构紧凑，母排设计简单，极为有利于电气布局和结构设计。

技术领域

本发明涉及电能变换领域，具体涉及一种T型变换电路。

背景技术

现有技术中，T型布局的变换电路已经广泛使用。T型布局的变换电路一般包括两个竖向设置的可控开关器件和两个横向设置的可控开关器件；两个竖向设置的可控开关器件串联连接，一端连接正母线，另一端连接负母线；两个竖向设置的可控开关器件之间的连接点作为变换电路的输入输出端；两个横向设置的可控开关器件一般设置在中间桥臂上，中间桥臂的一端接至输入输出端，中间桥臂的另一端接至中线。两个横向设置的可控开关器件在中间桥臂上的连接方式一般有三种，分别如图1、图2和图3所示。图1为两个横向设置的可控开关器件彼此反向串联，且彼此之间漏极或集电极相连的情况。图2为两个横向设置的可控开关器件彼此反向串联，且彼此之间源极或发射极相连的情况。图3为两个横向设置的可控开关器件各串联一个二极管后再并联连接在中间桥臂上的情况。以上3张图中，可控开关器件均包括IGBT管及与该IGBT管反并联连接的续流二极管。现有技术中的T型三电平变换电路相较于双电平变换电路，具有单个IGBT管阻断电压减半、谐波小、损耗低、效率高等优势。

在T型三电平变换电路中，各IGBT管的功耗可以分为通态功耗、通断功耗，其中通断功耗又可以分开通阶段功耗和关断阶段功耗。在工作频率较低时，通态功耗是主要的；但当工作频率较高时，通断功耗则上升为主要的功耗，其中开通阶段功耗比关断阶段功耗还要大。因此，在工作频率较高的情况下，需要实现“软开关”，所谓的“软开关”是指可控开关器件能够实现零电压开关(ZVS)、零电流开关(ZCS)或零电压零电流开关(ZVZXCS)，或者是在通断过程中电流或电压按有限的斜率上升。如果无法实现软开关，则会出现以下问题：

1、功率器件(可控开关器件)损耗大；并导致功率器件温度上升，不仅使工作频率无法提高，而且功率器件的电流、电压容量也无法达到额定指标，使功率器件无法在额定条件下运行，从而制约三电平拓扑的应用；

2、功率器件易被二次击穿；感性负载条件下，功率器件关断时存在尖峰电压；而在容性负载条件下，功率器件开通时存在尖峰电流；从而很容易导致二次击穿，极大地危害功率器件的安全运行，使得需要设计较大的安全工作区(SOA)；

3、产生较大的EMI电磁干扰；在高频工作状态运行时，功率器件本身的极间寄生电容是极为重要的参数。这种极间电容在功率器件的开关过程中会产生两种不利因素：(1)在高电压下开通时，极间寄生电容储能被器件本身吸收和耗散，势必产生温升，且频率越高温升就越严重；(2)极间电容电压转换时dv/dt会耦合到输出端，产生电磁干扰，使系统不稳定。此外，极间电容与电路中的杂散电感会产生振荡，干扰系统正常工作；

4、导致电路拓扑对功率器件的寄生参数十分敏感；当软开关无法实现时，可能存在上下桥臂直通问题，而由于无法实现软开关，功率器件还存在开通延迟时间(死区时间)，而在高频情况下，为了消除死区时间对逆变器性能的影响，所采取的校正措施又使整个系统的设计变得复杂；

5、需要设计吸收电路，吸收电路用于限制功率器件开通时的di/dt和关断时的dv/dt，使动态开关轨迹缩小到直流安全区SOA内，保证功率器件能够安全运行，但吸收电路不能消除开关损耗，且又增加了整个变换装置的设计难度，同时还可能会导致能量再生过程中续流二极管反向恢复和吸收电路的相互干扰引起较大的器件应力；

6、功率器件在高频开关时会产生噪声污染，因此会导致变换电路对输入、输出滤波器的要求较高。