[发明专利]一种半桥三电平变换器及其软启动方法

说明书

本发明公开了一种半桥三电平变换器及其软启动方法。本发明通过在三相电网软启输入的情况下，母线电压从低到高的过程中，从电压0V开始，控制系统直接输出零占空比控制，给半桥三电平变换器的飞跨电容缓慢充电达到预期值。该半桥三电平变换器及其软启动方法简单易实现，能够起到保护功率开关管无过流。本发明有效解决半桥三电平变换器启动过程中出现电流冲击较大的问题，由此提高机器的可靠性。

技术领域

本发明属于光伏发电并网领域，具体涉及一种半桥三电平变换器及其软启动方法。

背景技术

随着电力电子技术和计算机技术的高速发展，逆变器广泛应用于大功率领域。特别是随着半桥三电平技术的不断提高和完善，半桥三电平变流器在大功率场合中已经成为了主导地位。半桥三电平直流变换器用两个开关管串联来代替传统半桥变换器中的一个开关管，其中的飞跨电容起到解耦超前臂和滞后臂软开关过程和均压开关管的作用，而钳位二极管除了帮助均压开关管之外，还有加速飞跨电容充电过程的作用。

与传统的两电平变流器相比，半桥三电平变流器具有耐压等级高、开关损耗低等优点，在高压大功率应用中表现出明显的优势，所以引起了人们的关注。

但是半桥三电平变流器启动过程，电容C1上的电压将从功率(开关)管S1，直接以540V的电压给飞跨电容C3充电，充电瞬间会产生瞬间的大电流从功率管S1流过；或者电容C2上的电压将从功率管S4，直接以540V的电压给C3充电，充电瞬间会产生瞬间的大电流从功率管S4流过，可能会损坏功率开关管。

由于(飞跨)电容C3快速充电瞬间出现功率开关管过流问题的存在，要求必须增大功率开关管的过流能力，同时瞬间的大电流会对功率开关管有很大损伤，也会缩短功率开关管的使用寿命，存在一定的安全隐患。

针对半桥三电平变流器启动过程功率开关管出现大电流问题。目前仍主要通过提高功率开关管的过流能力，采用硬启动方式，均存在启动大电流隐患，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提出一种半桥三电平变换器及其软启动方法，解决半桥三电平变换器启动过程功率开关管出现大电流问题。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种半桥三电平变换器，包括钳位二极管D1和D2，功率开关管S1、S2、S3和S4，电容C1和C2，飞跨电容C3，变压器T1，滤波电感L1，其特征在于，所述的飞跨电容C3一端接在功率开关管S1和S2的中间、另一端接在功率开关管S3和S4的中间，位于电容C1和C2的输入端与三相整流桥之间设置软启动电阻R1，软启动电阻R1上并联有软启动继电器K1，所述的半桥三电平变换器与控制系统连接，所述的控制系统发出PWM驱动信号；

当继电器K1处于断开状态，整流桥通过软启动电阻R1，给电容C1和C2进行软启充电，软启动过程结束后再闭合继电器K1；

所述的控制系统输出PWM零占空比，分别为互补的4路PWM驱动信号，将信号分别标注为PWM1-PWM4，分别驱动所述的功率开关管S1、S2、S3和S4，PWM1和PWM4高低电平互补，PWM1和EPWM3相同，PWM2和EPWM4相同；所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S1和S3开通，功率开关管S2和S4关断的时候，电容C1上的电压通过功率开关管S1和钳位二极管D2，给飞跨电容C3充电；

所述的控制系统输出的PWM零占空比，当功率开关管S2和S4开通，功率开关管S1和S3关断的时候，电容C2上的电压通过功率开关管S4和钳位二极管D1，给飞跨电容C3充电。

进一步的，电网三相交流电380V经过三相整流桥输出537V的直流电，通过软启动电阻R1给半桥三电平输入端电容C1和C2进行充电。

进一步的，控制系统以PWM零占空比控制半桥三电平变换器工作，工作状态分别为1010和0101状态，两个工作状态以20KHz的工作开关频率来回切换；