[发明专利]一种用于三相三电平VIENNA整流器的电流采样方法

说明书

本发明公开一种用于三相三电平VIENNA整流器的电流采样方法，将三相电流的精密采样电阻R_a、R_b、R_c串联放置于三相桥臂的双向开关S_a、S_b、S_c之后，在一个开关周期内，当双向开关导通时，对应相的电感电流流经采样电阻；当双向开关关断时，采样电阻无电流流过，并在脉冲信号的中点，即对应相双向开关驱动信号的中点进行采样，从而实现三相输入电流的离散化采样和控制。本发明使用精密电阻采样电感电流，易于实现，有利于减小体积重量，提高功率密度，降低成本，且不存在电流采样信号与控制电路不共地的问题，采样调理电路不必使用复杂的差分隔离结构进行转换，简化了电路设计，减小信号干扰。

技术领域

本发明涉及一种用于三相三电平VIENNA整流器的电流采样方法，属于电能变换装置中的控制技术领域。

背景技术

随着世界经济的不断发展，各行各业对电力能源的需求与日俱增，电力电子装置被广泛应用于各个领域，包括电动汽车领域、电气化铁路、多点/全电飞机等大型电气化交通领域。在中大功率的三相用电场合，电力电子装置通常要将电能进行变换来达到应用要求，AC/DC即整流环节作为电能变换的第一级大量存在于电力电子设备中。因此，三相整流器是包括航空在内的诸多交流电源系统的重要组成部分，研究具有高效率、高功率密度和高可靠性的三相整流器，这是实现交流供电系统安全、稳定运行的重要保障，同时也是推动新能源汽车、充电桩技术以及多电飞机技术等发展的重要基础。

相比于传统的变换器，三相三开关三电平VIENNA整流器减少了功率开关器件个数的同时，其三电平特性降低了功率开关管的耐压值，可以选用数量较少且相对廉价的低电压等级功率器件，大大降低了成本；其次，功率密度即单位体积的功率大小也是一个重要指标，VIENNA整流器控制频率高的特点使电感和变压器的体积减小，很大程度上缩小了体积，提高了功率密度；最后，VIENNA整流器的高功率因数和低谐波电流特性，不会给电网带来大量的谐波污染。因此，关于VIENNA整流器的研究是PFC技术发展的重点方向。

三相VIENNA整流器的控制策略有很多种，其中常用的控制方法包括基于三电平SVPWM控制策略和基于载波调制的PWM控制策略，无论采取何种控制方法，对三相输入电流进行采样是必不可少的环节，而电流采样常用的方法包括：电阻差分隔离采样和霍尔传感器(LEM)采样。其中，使用霍尔传感器(LEM)采样通常用于大功率场合，其体积、重量大，成本高，若VIENNA整流器三相电流的采样都使用霍尔传感器(LEM)，不利于提高功率密度和降低成本。而使用电阻差分隔离采样常规的方式是将采样电阻与需要进行电流采样的电感支路相串联，采样电阻上的小电压信号经过差分隔离芯片等采样调理电路处理，进入DSP进行离散化，便于数字实现，这种方式相比于用霍尔传感器(LEM)采样，减小了体积重量，有利于提高功率密度，降低成本，但是在采样电阻上的功率损耗较大，不利于提高效率；再者在VIENNA整流器中，将采样电阻与电感支路串联进行采样的方式存在信号不共地问题，设计采样调理电路时需要使用差分隔离结构进行转换，不仅增加了结构的复杂性，而且信号容易受到干扰。

因此，本发明使用采样电阻采样电流，将采样电阻串联放置在双向开关之后，使得采样电阻与输出直流侧中点(控制信号地)相连，设计采样调理电路时不必使用差分隔离结构，简化电路设计，减小信号干扰；并且由于流经双向开关支路的电流仅为电感电流上升部分所组成的脉冲电流，采样电阻上的功率损耗相较于常规的电阻差分隔离采样方式近似减小3/4。

发明内容

发明目的：

针对上述现有电流采样方式存在的问题和不足，本发明提出了一种用于三相三电平 VIENNA整流器的电流采样方法，这种方法不仅简化了采样调理电路设计，减小信号干扰；并且大大减小了采样电阻上的功率损耗，提高效率和可靠性，尤其适用于航空航天等对可靠性要求很高的场合；此外还可以节省成本，减小体积和重量。

技术方案：