(中国航天二院 北京 100854)　

　　关键词：升压与降压;三相高频;SPWM整流器

　　Boost and Buck IGBT SPWM Rectifier(1)

　　LIU Feng-jun

　　(The Second Academy of China Aerospace, Beijing 100854,China)

　　Abstract:This paper describes the basic working principles and control methods of three-phase high-frequency boost & buck IGBT SPWM rectifiers.

　　Keyword:Boost and Buck; Three-Phase High-Frequency; SPWM Rectifier

　　采用IGBT作开关管的三相高频SPWM整流器,常用的有两种电路型式:即Boost电压型三相高频SPWM整流器与Buck电流型三相高频SPWM整流器。对于这两种整流器,本文将通过它们之间的对偶关系进行分析。

　　1 Boost电压型与Buck电流型高频SPWM整

　　流器的对偶性

　　Boost电压型与Buck电流型三相高频SPWM整流器具有对偶性,通过对偶性可以使两种整流电路互相转换。两种整流器的对偶性关系如图1所示。其中图(a)为Boost电压型三相高频SPWM整流器,图(b)为Buck电流型三相高频SPWM整流器,图(c)为它们的工作波形。两种整流器之间的差别有四点:

　　(1)前者为电压型SPWM整流器,后者是电流型SPWM型整流器;

　　(2)电压型SPWM整流器可以双向四象限工作,即在交流侧加入交流电源时,在直流侧可以得到直流电压输出;在直流侧加入直流电源时,在交流侧可以得到交流电压输出,既可以整流又可以逆变。而电流型SPWM整流器只能整流不能逆变;

　　(3)电压型SPWM整流器是一种升压整流器,而电流型SPWM整流器是一种降压整流器;

　　(4)电压型SPWM整流器的换流是在同相两个开关管之间进行的,而电流型SPWM整流器换流是在相间的两个开关管之间进行的。

　　关于电压型SPWM整流器与电流型SPWM整流器的对偶关系及性能对比如表1所示。

　　2 Boost电压型三相高频SPWM整流器

　　Boost电压型三相高频SPWM整流器的主电路如图1中的(a)所示。主电路是按照Boost方式工作的电感输入型电路。其中VT1～VT6为开关管,VD1～VD6为反馈二极管,Cf和La、Lb、Lc为输入交流滤波器,L又兼作Boost储能电感。Cd为直流输出滤波电容。ua、ub、uc为市电三相输入交流电压,upab、upbc、upca为三相半桥SPWM整流器各桥臂之间的三电平SPWM电压,upa、upb、upc为各桥臂中点的二电平SPWM电压,ia、ib、ic为市电交流输入相电流,id为直流输出电流,Udo为直流输出电压。整流器的工作波形如图1(c)所示。

　　主电路的Boost工作方式:主电路共有24种工作过程。

　　(1)当市电电压uab为正时:VT4导通,由uab经VT4、VD6对电感La、Lb储能;VT4关断时,uab经VD1、VD6对电容Cd充电,存储在La、Lb中的能量也经过相同的路径向Cd充电。与此过程相同,VT3导通,uab通过VT3、VD1对电感La、Lb储能;VT3关断,uab经VD1、VD6对Cd充电,存储在La、Lb中的能量也向Cd充电。

　　(2)当市电电压uab为负时:VT6导通,-uab经VT6、VD4对电感Lb、La储能;VT6关断时,-uab经VD3、VD4对Cd充电,存储在Lb、La中的能量也向Cd充电。与此过程相同,VT1导通,-uab经VT1、VD3对Lb、La储能;VT1关断时,-uab与Lb、La中的能量,经VD3、VD4对Cd充电。

　　(3)当ubc为正时:VT6导通,ubc经VT6、VD2对Lb、Lc储能;VT6关断时,ubc与Lb、Lc中的能量,经VD3、VD2对Cd充电。VT5导通,ubc经VT5、VD3对Lb、Lc储能;VT5关断时,ubc与Lb、Lc中的能量,经VD3、VD2对Cd充电。

　　(4)当ubc为负时:VT2导通,-ubc经VT2、VD6对Lc、Lb储能;VT2关断,-ubc与Lc、Lb中的能量,经VD5、VD6对Cd充电。VT3导通,-ubc经VT3、VD5对Lc、Lb储能;VT3关断,-ubc与Lc、Lb中的能量经VD5、VD6对Cd充电。

　　(5)当uca为正时:VT2导通,uca经VT2、VD4对Lc、La储能;VT2关断,uca与Lc、La中的能量,经VD5、VD4对Cd充电。VT1导通,uca经VT1、VD5对Lc、La储能;VT1关断,uca与Lc、La中的能量,经VD5、VD4对Cd充电。

　　(6)当uca为负时:VT4导通,-uca经VT4、VD2对La、Lc储能;VT4关断,-uca与La、Lc中的能量,经VD1、VD2对Cd充电。VT5导通,-uca经VT5、VD1对La、Lc储能;VT5关断,-uca与La、Lc中的能量经VD1、VD2对Cd充电。

　　当主电路中的6个开关管VT1～VT6轮流导通与关断时,在整流器各桥臂中点以及各桥臂中点之间SPWM电压的傅里叶级数表示式为:

　　为载波谐波次数，m=1,2,3,…;n为基波谐波，（游米儿）