[发明专利]间接式矩阵转换器及整流模块

说明书

一种间接式矩阵转换器，包括整流模块、逆变模块及控制单元，整流模块包括并联的三个T型桥臂，且每个T型桥臂包括双向开关及功率桥臂。功率桥臂包括串联的第一开关与第二开关，且双向开关的一端耦接第一交流电源，另一端耦接第一开关与一第二开关之间。控制单元输出多个控制信号控制整流模块与逆变模块，使第一交流电源转换为第二交流电源，或第二交流电源转换为第一交流电源。

技术领域

本发明是有关一种间接式矩阵转换器，特别涉及一种节省双向开关元件数量的间接式矩阵转换器。

背景技术

交流/交流转换器是将交流电源转换为另一种交流电源的设备，其中为了提高功率密度及可靠性，一种可行的作法是考虑矩阵式转换器的架构。如图1所示为现有的直接式矩阵转换器的电路方块示意图，现有的直接式矩阵转换器是将三相输入和三个输出用九个双向开关202来进行切换，且每一相输入都有三个双向开关202连接到三相的输出。由图1所示，直接式矩阵转换器在第一交流电源Vac1与第二交流电源Vac2转换时，没有中介的能量转换元件，电压及电流的转换都在一级的转换器中完成。由于直接式矩阵转换器中，并无传统直流电解电容，因此可提升整体系统的功率密度。

但是，传统的直接式矩阵转换器需要九个双向开关202才能进行交流电源的双向转换，且由于双向开关202为特殊的功率晶体管元件，其价格较为昂贵，因此传统的直接式矩阵转换器的整体电路价格昂贵。此外，由于双向开关202也为整合型的封装元件，因此其体积较为庞大，无法缩小整体系统的电路体积。

因此，如何设计出一种间接式矩阵转换器及整流模块，利用间接式矩阵转换器的特殊电路结构设计，以大幅度地降低双向开关的使用量，进而更为提高整体系统的功率密度，以及降低整体系统的电路体积与电路成本，乃为本案发明人所研究的重要课题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明是提供一种具高功率密度及低双向开关的使用量的间接式矩阵转换器以克服现有技术的问题。因此，本发明的间接式矩阵转换器包括：整流模块，耦接第一交流电源，且包括并联的三个T型桥臂，每个T型桥臂包括：双向开关，包括第一端与第二端，第一端耦接第一交流电源。功率桥臂，包括串联的第一开关与第二开关，第一开关的一端与第二开关的一端耦接第二端，且第一开关的另一端为总线路径的正极端，第二开关的另一端为总线路径的负极端。逆变模块，耦接总线路径及第二交流电源。及控制单元，输出多个控制信号控制整流模块与逆变模块，使第一交流电源通过整流模块及逆变模块转换为第二交流电源，或第二交流电源通过逆变模块与整流模块转换为第一交流电源。

于一实施例中，其中第一开关并联第一二极管，且第二开关并联第二二极管；第一交流电源对正极端的第一电流路径为第一交流电源、双向开关、第一二极管及正极端；第一交流电源对负极端的第二电流路径为第一交流电源、双向开关、第二开关及负极端。

于一实施例中，其中正极端对第一交流电源的第三电流路径为正极端、第一开关、双向开关及第一交流电源；负极端对第一交流电源的第四电流路径为负极端、第二二极管、双向开关及第一交流电源。

于一实施例中，其中第一交流电源的交流电流为正值时，提供第一电流路径与第二电流路径，且交流电流为负值时，提供第三电流路径与第四电流路径。

于一实施例中，其中双向开关包括：第一整流桥臂，包括串联的第一整流二极管与第二整流二极管，且第一整流二极管与第二整流二极管之间为第一端。晶体管，并联第一整流桥臂。及第二整流桥臂，并联第一整流桥臂，且包括串联的第三整流二极管与第四整流二极管，第三整流二极管与第四整流二极管之间为第二端。

于一实施例中，其中双向开关包括：第一晶体管，并联第三二极管，且第一晶体管的集电极为第一端。及第二晶体管，并联第四二极管，且第二晶体管的集电极为第二端。其中，第一晶体管串联第二晶体管，且第一晶体管的发射极耦接第二晶体管的发射极。