矩陣式變換器雙向開(kāi)關(guān)四步換流技術(shù)研究

(a) i_L>0 (b) i_L0

圖4 安全的四步換流次序圖

4 四步換流的死區(qū)補(bǔ)償

采用滯環(huán)比較器和過(guò)零比較器得到電流方向，并預(yù)測(cè)電流是否在死區(qū)時(shí)間內(nèi)可能過(guò)零，如果不會(huì)，則第一步可以在DSP發(fā)出PWM信號(hào)之前完成，如圖5所示，則四步換流的死區(qū)共為t_d=t_c1＋t_c2＋t_c3，死區(qū)補(bǔ)償后的死區(qū)時(shí)間共為t_d=t_c2＋t_c3。

圖5 死區(qū)補(bǔ)償后的四步換流

5 GAL的四步換流方案

GAL22V10是Lattice公司生產(chǎn)的復(fù)雜可編程邏輯器件，其引腳間最大的傳輸時(shí)間為4ns，相應(yīng)的計(jì)數(shù)器頻率可達(dá)250MHz，具有電可擦除的CMOS結(jié)構(gòu)和浮動(dòng)門技術(shù)，可100次重復(fù)擦寫，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存可達(dá)20年之久。

圖6所示為矩陣式變換器的某一輸出相的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。1表示為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，0表示開(kāi)關(guān)關(guān)斷，前兩位、中間兩位和后兩位分別表示與三個(gè)輸入相連的雙向開(kāi)關(guān)。圖中，橢圓形框表示穩(wěn)態(tài)，矩形框表示暫態(tài)?？梢?jiàn)，要正確實(shí)現(xiàn)四步換流需要知道當(dāng)前狀態(tài)、下一時(shí)刻狀態(tài)、負(fù)載電流方向及定時(shí)器換流時(shí)間，判斷得出正確的換流信號(hào)和順序并輸出到每個(gè)IGBT器件的柵極，完成換流所需的時(shí)序邏輯。

圖6 矩陣式變換器的某一輸出相的開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

6 實(shí)驗(yàn)仿真

圖7是實(shí)驗(yàn)中一對(duì)雙向開(kāi)關(guān)換流過(guò)程的實(shí)際波形，圖8是實(shí)驗(yàn)中兩相正向開(kāi)關(guān)換流過(guò)程的實(shí)際波形，可見(jiàn)通過(guò)DSP已成功地實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)之間的安全換流。通過(guò)仿真軟件Matlab/Simulink也可以對(duì)矩陣式變換器（MC）雙向開(kāi)關(guān)的四步換流過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證，采用理想開(kāi)關(guān)對(duì)矩陣式變換器一相電路換流過(guò)程進(jìn)行仿真，其輸出電壓仿真波形如圖9所示。

圖7 一對(duì)雙向開(kāi)關(guān)換流過(guò)程實(shí)驗(yàn)波形