矩陣式變換器雙向開關四步換流技術研究

(a) i_L>0 (b) i_L0

圖4 安全的四步換流次序圖

4 四步換流的死區補償

采用滯環比較器和過零比較器得到電流方向，并預測電流是否在死區時間內可能過零，如果不會，則第一步可以在DSP發出PWM信號之前完成，如圖5所示，則四步換流的死區共為t_d=t_c1＋t_c2＋t_c3，死區補償后的死區時間共為t_d=t_c2＋t_c3。

圖5 死區補償后的四步換流

5 GAL的四步換流方案

GAL22V10是Lattice公司生產的復雜可編程邏輯器件，其引腳間最大的傳輸時間為4ns，相應的計數器頻率可達250MHz，具有電可擦除的CMOS結構和浮動門技術，可100次重復擦寫，數據儲存可達20年之久。

圖6所示為矩陣式變換器的某一輸出相的三個雙向開關狀態轉換圖。1表示為開關導通，0表示開關關斷，前兩位、中間兩位和后兩位分別表示與三個輸入相連的雙向開關。圖中，橢圓形框表示穩態，矩形框表示暫態。可見，要正確實現四步換流需要知道當前狀態、下一時刻狀態、負載電流方向及定時器換流時間，判斷得出正確的換流信號和順序并輸出到每個IGBT器件的柵極，完成換流所需的時序邏輯。

圖6 矩陣式變換器的某一輸出相的開關狀態轉換圖

6 實驗仿真

圖7是實驗中一對雙向開關換流過程的實際波形，圖8是實驗中兩相正向開關換流過程的實際波形，可見通過DSP已成功地實現了開關之間的安全換流。通過仿真軟件Matlab/Simulink也可以對矩陣式變換器（MC）雙向開關的四步換流過程進行驗證，采用理想開關對矩陣式變換器一相電路換流過程進行仿真，其輸出電壓仿真波形如圖9所示。

圖7 一對雙向開關換流過程實驗波形