[发明专利]一种变换电路及相应的三相变换电路和变换装置

说明书

本发明公开了一种变换电路及相应的三相变换电路和变换装置。变换电路中，通过在现有技术的I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I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。采用上述变换电路的变换装置，通过设置第一电路模块或第二电路模块以及第三电路模块或第四电路模块，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I型变换电路。

背景技术

如图1所示，现有技术中，I型三电平变换电路包括第一可控开关器件、第二可控开关器件、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第五二极管D5、第六二极管D6；第一可控开关器件、第二可控开关器件、第三可控开关器件和第四可控开关器件依次串接在正母线和负母线之间；第五二极管D5和第六二极管D6串接，第五二极管D5的阴极接至第一可控开关器件和第二可控开关器件的连接点，第六二极管D6的阳极接至第三可控开关器件和第四可控开关器件的连接点；第二可控开关器件和第三可控开关器件的连接点作为输入输出端；第五二极管和第六二极管的连接点接至中线；其中，第一可控开关器件包括第一IGBT管Q1和与其反并联连接的第一续流二极管Dq1；第二可控开关器件包括第二IGBT管Q2和与其反并联连接的第二续流二极管Dq2；第三可控开关器件包括第三IGBT管Q3和与其反并联连接的第三续流二极管Dq3；第四可控开关器件包括第四IGBT管Q4和与其反并联连接的第四续流二极管Dq4；而第一IGBT管Q1的集电极接至正母线，第四IGBT管Q4的发射极接至负母线；现有技术中，当然还包括用于触发第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4的控制器。现有技术中的I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I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；