特表2025-505191 | 知財ポータル「IP Force」

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特表2025-505191分離マトリクスコンバータ及び制御方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-21

(54)【発明の名称】分離マトリクスコンバータ及び制御方法

(51)【国際特許分類】

H02M 5/10 20060101AFI20250214BHJP

【ＦＩ】

H02M5/10

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024546333

(86)(22)【出願日】2022-11-29

(85)【翻訳文提出日】2024-08-05

(86)【国際出願番号】 CN2022135138

(87)【国際公開番号】W WO2023226348

(87)【国際公開日】2023-11-30

(31)【優先権主張番号】202210565545.1

(32)【優先日】2022-05-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517112122

【氏名又は名称】陽光電源股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部英隆

(72)【発明者】

【氏名】荘加才

(72)【発明者】

【氏名】徐君

(72)【発明者】

【氏名】蔡国慶

(72)【発明者】

【氏名】劉威

【テーマコード（参考）】

5H750

【Ｆターム（参考）】

5H750AA01

5H750BA01

5H750CC07

5H750CC12

5H750DD14

5H750DD17

(57)【要約】

本願は、分離マトリクスコンバータ及び制御方法を開示し、コンバータは、双方向スイッチモジュール、トランス、共振インダクタ、共振キャパシタ、及びブリッジアームキャパシタを含み、双方向スイッチモジュールはブリッジアームキャパシタに直列接続されてコンバータのブリッジアームを形成し、コンバータの各々のブリッジアームは、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、トランスの一次巻線は共振インダクタ及び共振キャパシタに直列接続された後にコンバータのブリッジアームの両端に接続され、双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、クランプキャパシタの両端は、モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、クランプキャパシタは、２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、クランプキャパシタは、双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管が動作する時に発生する電圧スパイクを抑制する。これにより、スイッチング管を保護し、さらにコンバータ全体の安全を保護し、コンバータ全体の信頼性を向上させる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

分離マトリクスコンバータであって、双方向スイッチモジュール、トランス、共振インダクタ、共振キャパシタ、及びブリッジアームキャパシタを含み、
前記双方向スイッチモジュールは前記ブリッジアームキャパシタに直列接続されてコンバータのブリッジアームを形成し、前記コンバータの各々のブリッジアームは、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記トランスの一次巻線は前記共振インダクタ及び前記共振キャパシタに直列接続された後に前記コンバータのブリッジアームの両端に接続され、
前記双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、前記双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、前記クランプキャパシタの両端は、前記モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、前記クランプキャパシタは、前記２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、前記双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、
前記クランプキャパシタは、前記双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管が動作する時に発生する電圧スパイクを抑制するために用いられる、
ことを特徴とするコンバータ。

【請求項2】

前記双方向スイッチモジュールが２つの制御可能スイッチング管を含む場合、２つの制御可能スイッチング管は、２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームに同じく位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。

【請求項3】

前記双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管、第３スイッチング管、及び第４スイッチング管という４つの制御可能スイッチング管を含み、
前記第１スイッチング管の第１端及び前記第３スイッチング管の第１端はともに、前記クランプキャパシタの第１端に接続され、前記第２スイッチング管の第２端及び前記第４スイッチング管の第２端はともに、前記クランプキャパシタの第２端に接続され、前記第１スイッチング管の第２端は前記第２スイッチング管の第１端に接続され、前記第３スイッチング管の第２端は前記第４スイッチング管の第１端に接続され、
前記第１スイッチング管、前記第２スイッチング管の共通端は前記双方向スイッチモジュールの第１端であり、前記第３スイッチング管、前記第４スイッチング管の共通端は前記双方向スイッチモジュールの第２端である、
ことを特徴とする請求項２に記載のコンバータ。

【請求項4】

前記双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管、第３スイッチング管という３つの制御可能スイッチング管、及び第１ダイオードという１つのダイオードを含み、
前記第１スイッチング管と前記第２スイッチング管とは直列接続されて前記モジュールの第１ブリッジアームを形成し、前記第３スイッチング管と前記第１ダイオードとは直列接続されて前記モジュールの第２ブリッジアームを形成する、
ことを特徴とする請求項２に記載のコンバータ。

【請求項5】

前記双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管という２つの制御可能スイッチング管、及び第１ダイオード、第２ダイオードという２つのダイオードを含み、
前記第１スイッチング管と前記第１ダイオードとは直列接続されて前記モジュールの第１ブリッジアームを形成し、前記第２スイッチング管と前記第２ダイオードとは直列接続されて前記モジュールの第２ブリッジアームを形成する、
ことを特徴とする請求項２に記載のコンバータ。

【請求項6】

前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記コンバータはコントローラをさらに含み、前記コントローラは具体的に、前記クランプキャパシタの電圧が第１プリセット電圧よりも大きい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第２プリセット電圧よりも小さくなるまで前記クランプキャパシタが放電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにし、前記第１プリセット電圧は前記第２プリセット電圧よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のコンバータ。

【請求項7】

前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記コンバータはコントローラをさらに含み、前記コントローラは具体的に、前記クランプキャパシタの電圧が第３プリセット電圧よりも小さい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第４プリセット電圧よりも大きくなるまで前記クランプキャパシタに充電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにし、
前記第３プリセット電圧は前記第４プリセット電圧よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のコンバータ。

【請求項8】

前記分離マトリクスコンバータが３相分離マトリクスコンバータである場合、前記３相分離マトリクスコンバータの各相は、少なくとも１つの前記双方向スイッチモジュールを含み、
前記コンバータはコントローラをさらに含み、前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が最も高い相の電圧ストレスを受けないスイッチング管が常にオンし、前記最も高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管がプリセットデューティ比でスイッチング動作をするように制御し、
前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が２番目に高い相の、最も高い相のスイッチング管のオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、２番目に高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御し、
前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が最も小さい相の、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールのオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、電圧ストレスを受けるスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御する、
ことを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載のコンバータ。

【請求項9】

各々の前記コンバータのブリッジアームが複数の前記双方向スイッチユニットを含む場合、複数の前記双方向スイッチユニットは直列接続される、
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のコンバータ。

【請求項10】

前記トランスの二次巻線は整流ブリッジに接続され、前記整流ブリッジは、ダイオード、又は、制御可能スイッチング管のうちの少なくとも１項を含む、
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のコンバータ。

【請求項11】

前記トランスは複数の二次巻線を含み、各々の二次巻線は、対応する整流ブリッジに接続される、
ことを特徴とする請求項９に記載のコンバータ。

【請求項12】

分離マトリクスコンバータの制御方法であって、前記分離マトリクスコンバータは、双方向スイッチモジュール、トランス、共振インダクタ、共振キャパシタ、及びブリッジアームキャパシタを含み、前記双方向スイッチモジュールは前記ブリッジアームキャパシタに直列接続されてコンバータのブリッジアームを形成し、前記コンバータの各々のブリッジアームは、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、前記トランスの一次巻線は前記共振インダクタ及び前記共振キャパシタに直列接続された後に前記コンバータのブリッジアームの両端に接続され、前記双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、前記双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、前記クランプキャパシタの両端は、前記モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、前記クランプキャパシタは、前記２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、前記双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、
当該方法は、
前記双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管を制御して動作させるステップと、
前記双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の動作時の電圧スパイクを抑制するように前記クランプキャパシタを制御するステップと、を含む、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項13】

前記双方向スイッチモジュールが２つの制御可能スイッチング管を含む場合、２つの制御可能スイッチング管は、２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームに同じく位置する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。

【請求項14】

【請求項15】

前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記クランプキャパシタの電圧が第１プリセット電圧よりも大きい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第２プリセット電圧よりも小さくなるまで前記クランプキャパシタが放電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにするステップをさらに含み、前記第１プリセット電圧は前記第２プリセット電圧よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１２～１３のいずれか１項に記載の制御方法。

【請求項16】

前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記クランプキャパシタの電圧が第３プリセット電圧よりも小さい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第４プリセット電圧よりも大きくなるまで前記クランプキャパシタに充電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにするステップをさらに含み、
前記第３プリセット電圧は前記第４プリセット電圧よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の制御方法。

【請求項17】

前記分離マトリクスコンバータが３相分離マトリクスコンバータである場合、前記３相分離マトリクスコンバータの各相は、少なくとも１つの前記双方向スイッチモジュールを含み、
当該方法は、
相電圧の絶対値が最も高い相の電圧ストレスを受けないスイッチング管が常にオンし、前記最も高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管がプリセットデューティ比でスイッチング動作をするように制御するステップと、
相電圧の絶対値が２番目に高い相の、最も高い相のスイッチング管のオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、２番目に高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御するステップと、
相電圧の絶対値が最も小さい相の、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールのオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、電圧ストレスを受けるスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御するステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本願は、２０２２年５月２３日に中国国家知識産権局に提出された、出願番号が２０２２１０５６５５４５．１であって、出願の名称が「分離マトリクスコンバータ及び制御方法」である中国特許出願の優先権を主張し、その全内容を本願に参照により援用する。
［技術分野］
本願は、電力電子という技術的分野に関し、具体的には、分離マトリクスコンバータ及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

分離マトリクスコンバータは一般的に、双方向スイッチ及びトランスを含み、トランスの入力端は共振回路をさらに含み、一般的には、交流から交流への変換を実現することができ、交流から直流への変換を実現することもできる。例えば、入力は交流、出力は直流である。

【0003】

図１を参照し、当該図は、従来技術によって提供される分離マトリクスコンバータの概略図である。

【0004】

図１に示すように、当該分離マトリクスコンバータの入力端は３相交流に接続され、分離マトリクスコンバータの各相は双方向スイッチを含み、即ち、直列接続された２つのスイッチング管の逆並列ダイオードが逆方向であり、電流が上下両方向にともに流れることが許容される。トランスの一次巻線はインダクタ、キャパシタを直列接続し、ＬＬＣ共振を形成する。しかしながら、図１に示す分離マトリクスコンバータの双方向スイッチの電圧クランプは交流電力の線間電圧であり、共振領域を通過する際に、スイッチング管には大きな電流切替が現れ、よって、電圧スパイクが高すぎてスイッチング管の過電圧故障を引き起こすことが現れる可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

これに鑑み、本願の実施例は、スイッチング管が動作する時に引き起こす電圧スパイクを抑制し、スイッチング管を保護することができる分離マトリクスコンバータ及び制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願は、分離マトリクスコンバータを提供し、双方向スイッチモジュール、トランス、共振インダクタ、共振キャパシタ、及びブリッジアームキャパシタを含み、
前記双方向スイッチモジュールは前記ブリッジアームキャパシタに直列接続されてコンバータのブリッジアームを形成し、前記コンバータの各々のブリッジアームは、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記トランスの一次巻線は前記共振インダクタ及び前記共振キャパシタに直列接続された後に前記コンバータのブリッジアームの両端に接続され、
前記双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、前記双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、前記クランプキャパシタの両端は、前記モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、前記クランプキャパシタは、前記２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、前記双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、
前記クランプキャパシタは、前記双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管が動作する時に発生する電圧スパイクを抑制するために用いられる。

【0007】

好ましくは、前記双方向スイッチモジュールが２つの制御可能スイッチング管を含む場合、２つの制御可能スイッチング管は、２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームに同じく位置する。

【0008】

好ましくは、前記双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管、第３スイッチング管、及び第４スイッチング管という４つの制御可能スイッチング管を含み、
前記第１スイッチング管の第１端及び前記第３スイッチング管の第１端はともに、前記クランプキャパシタの第１端に接続され、前記第２スイッチング管の第２端及び前記第４スイッチング管の第２端はともに、前記クランプキャパシタの第２端に接続され、前記第１スイッチング管の第２端は前記第２スイッチング管の第１端に接続され、前記第３スイッチング管の第２端は前記第４スイッチング管の第１端に接続され、
前記第１スイッチング管、前記第２スイッチング管の共通端は前記双方向スイッチモジュールの第１端であり、前記第３スイッチング管、前記第４スイッチング管の共通端は前記双方向スイッチモジュールの第２端である。

【0009】

好ましくは、前記双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管、第３スイッチング管という３つの制御可能スイッチング管、及び第１ダイオードという１つのダイオードを含み、
前記第１スイッチング管と前記第２スイッチング管とは直列接続されて前記モジュールの第１ブリッジアームを形成し、前記第３スイッチング管と前記第１ダイオードとは直列接続されて前記モジュールの第２ブリッジアームを形成する。

【0010】

好ましくは、前記双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管という２つの制御可能スイッチング管、及び第１ダイオード、第２ダイオードという２つのダイオードを含み、
前記第１スイッチング管と前記第１ダイオードとは直列接続されて前記モジュールの第１ブリッジアームを形成し、前記第２スイッチング管と前記第２ダイオードとは直列接続されて前記モジュールの第２ブリッジアームを形成する。

【0011】

好ましくは、前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記コンバータはコントローラをさらに含み、前記コントローラは具体的に、前記クランプキャパシタの電圧が第１プリセット電圧よりも大きい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第２プリセット電圧よりも小さくなるまで前記クランプキャパシタが放電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにし、前記第１プリセット電圧は前記第２プリセット電圧よりも大きい。

【0012】

好ましくは、前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記コンバータはコントローラをさらに含み、前記コントローラは具体的に、前記クランプキャパシタの電圧が第３プリセット電圧よりも小さい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第４プリセット電圧よりも大きくなるまで前記クランプキャパシタに充電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにし、
前記第３プリセット電圧は前記第４プリセット電圧よりも小さい。

【0013】

好ましくは、前記分離マトリクスコンバータが３相分離マトリクスコンバータである場合、前記３相分離マトリクスコンバータの各相は、少なくとも１つの前記双方向スイッチモジュールを含み、
前記コンバータはコントローラをさらに含み、前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が最も高い相の電圧ストレスを受けないスイッチング管が常にオンし、前記最も高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管がプリセットデューティ比でスイッチング動作をするように制御し、
前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が２番目に高い相の、最も高い相のスイッチング管のオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、２番目に高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御し、
前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が最も小さい相の、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールのオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、電圧ストレスを受けるスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御する。

【0014】

好ましくは、各々の前記コンバータのブリッジアームが複数の前記双方向スイッチユニットを含む場合、複数の前記双方向スイッチユニットは直列接続される。

【0015】

好ましくは、前記トランスの二次巻線は整流ブリッジに接続され、前記整流ブリッジは、ダイオード、又は、制御可能スイッチング管のうちの少なくとも１項を含む。

【0016】

好ましくは、前記トランスは複数の二次巻線を含み、各々の二次巻線は、対応する整流ブリッジに接続される。

【0017】

本願は、分離マトリクスコンバータの制御方法をさらに提供し、分離マトリクスコンバータは、双方向スイッチモジュール、トランス、共振インダクタ、共振キャパシタ、及びブリッジアームキャパシタを含み、前記双方向スイッチモジュールは前記ブリッジアームキャパシタに直列接続されてコンバータのブリッジアームを形成し、前記コンバータの各々のブリッジアームは、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、前記トランスの一次巻線は前記共振インダクタ及び前記共振キャパシタに直列接続された後に前記コンバータのブリッジアームの両端に接続され、前記双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、前記双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、前記クランプキャパシタの両端は、前記モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、前記クランプキャパシタは、前記２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、前記双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、
当該方法は、
前記双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管を制御して動作させるステップと、
前記双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の動作時の電圧スパイクを抑制するように前記クランプキャパシタを制御するステップと、を含む。

【0018】

【0019】

【0020】

好ましくは、前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記クランプキャパシタの電圧が第１プリセット電圧よりも大きい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第２プリセット電圧よりも小さくなるまで前記クランプキャパシタが放電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにするステップをさらに含み、前記第１プリセット電圧は前記第２プリセット電圧よりも大きい。

【0021】

好ましくは、前記コンバータは、直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含み、
前記クランプキャパシタの電圧が第３プリセット電圧よりも小さい場合、前記クランプキャパシタの電圧が第４プリセット電圧よりも大きくなるまで前記クランプキャパシタに充電するように前記双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるようにするステップをさらに含み、
前記第３プリセット電圧は前記第４プリセット電圧よりも小さい。

【0022】

好ましくは、前記分離マトリクスコンバータが３相分離マトリクスコンバータである場合、前記３相分離マトリクスコンバータの各相は、少なくとも１つの前記双方向スイッチモジュールを含み、
当該方法は、
相電圧の絶対値が最も高い相の電圧ストレスを受けないスイッチング管が常にオンし、前記最も高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管がプリセットデューティ比でスイッチング動作をするように制御するステップと、
相電圧の絶対値が２番目に高い相の、最も高い相のスイッチング管のオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、２番目に高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御するステップと、
相電圧の絶対値が最も小さい相の、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールのオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、電圧ストレスを受けるスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御するステップと、をさらに含む。

【0023】

このように、本願の実施例は以下のような有益な効果を有する。
当該分離マトリクスコンバータは双方向スイッチモジュールを含み、双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、クランプキャパシタの両端は、モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、クランプキャパシタは、２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、クランプキャパシタは、動作過程にスイッチング管が発生する電圧スパイクを抑制することができ、これにより、スイッチング管を保護し、さらにコンバータ全体の安全を保護し、コンバータ全体の信頼性を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】従来技術によって提供される分離マトリクスコンバータの概略図である。

【図2】本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの概略図である。

【図3】本願の実施例によって提供されるさらに別の分離マトリクスコンバータの概略図である。

【図4】本願の実施例によって提供される双方向スイッチモジュールの概略図である。

【図5】本願の実施例によって提供されるさらに別の双方向スイッチモジュールの概略図である。

【図6】本願の実施例によって提供される別の双方向スイッチモジュールの概略図である。

【図7】本願の実施例によって提供されるもう１つの双方向スイッチモジュールの概略図である。

【図8】本願の実施例によって提供されるさらに別の分離マトリクスコンバータの概略図である。

【図9】本願の実施例によって提供されるもう１つの分離マトリクスコンバータの概略図である。

【図10】本願の実施例によって提供される３相交流電圧のオシログラムである。

【図11】本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの双方向スイッチモジュールの駆動タイミング図である。

【図12A】本願の実施例によって提供される双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング動作の作動原理図である。

【図12B】本願の実施例によって提供される双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング動作の作動原理図である。

【図12C】本願の実施例によって提供される双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング動作の作動原理図である。

【図12D】本願の実施例によって提供される双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング動作の作動原理図である。

【図13】本願の実施例によって提供されるＱ４のオフ過程の電圧ストレス概略図である。

【図14】本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの制御方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

当業者に本願によって提供される技術案をよりよく理解させるために、以下、先に具体的な適用シーンを紹介する。

【0026】

本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータは、ＤＣ－ＡＣ－ＤＣコンバータとしてもよいし、ＡＣ－ＡＣ－ＤＣコンバータとしてもよく、即ち、入力は直流であってもよいし、交流であってもよいが、一般的には、出力は直流である。また、入力は３相であってもよいし、１相であってもよく、出力は１相であってもよく、即ち、負荷へ直流を出力する。

【0027】

本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータは、具体的な適用シーンを限定せず、例えば、分離マトリクスコンバータのトランスの二次巻線が複数含まれる場合、各々の二次巻線は１つの整流ブリッジに接続され、各々の整流ブリッジの出力は１つの負荷に接続することができ、例えば、新エネルギー自動車のために充電し、即ち、充電パイルシーンに適用され、各々の出力は、１つの充電ガンに接続して新エネルギー自動車に対して直流充電することができる。

【0028】

また、当該分離マトリクスコンバータは、他の電気機器のために給電してもよく、例えば、サーバ等の機械室の電気使用である。

【0029】

また、当該分離マトリクスコンバータのトランスの二次巻線の接続された整流ブリッジに制御可能スイッチング管が含まれる場合、当該分離マトリクスコンバータは、双方向コンバータとしてもよく、即ち、エネルギーは双方向に流れることができ、例えば、直流から交流へ変換し、又は、交流から直流へ変換する。

【0030】

コンバータの実施例
以下、図面を結合して本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータを詳しく紹介し、３相交流入力を例として紹介する。

【0031】

図２を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの概略図である。

【0032】

本実施例によって提供される分離マトリクスコンバータは、双方向スイッチモジュール１００、トランスＴｘ、共振インダクタＬｒ、共振キャパシタＣｒ、及びブリッジアームキャパシタを含み、図２に示すように、３相交流入力を例として、３相ブリッジアームに対応し、Ａ相のブリッジアームキャパシタはＣＡ、Ｂ相のブリッジアームキャパシタはＣＢ、Ｃ相のブリッジアームキャパシタはＣＣである。

【0033】

双方向スイッチモジュール１００はブリッジアームキャパシタに直列接続されてコンバータのブリッジアームを形成し、分離マトリクスコンバータの各々のブリッジアームは、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、本願の実施例は、各相ブリッジアームに含まれる双方向スイッチモジュール１００の数を具体的に限定せず、図２において、各相ブリッジアームは、直列接続された複数の双方向スイッチモジュール１００を含み、例えば、Ａ相ブリッジアームのｎ個の双方向スイッチモジュールはそれぞれ、ＭＡ１～ＭＡｎであり、同じ原理により、Ｂ相ブリッジアームのｎ個の双方向スイッチモジュールはそれぞれ、ＭＢ１～ＭＢｎであり、Ｃ相ブリッジアームのｎ個の双方向スイッチモジュールはそれぞれ、ＭＣ１～ＭＣｎである。ｎは１以上の整数である。

【0034】

分離マトリクスコンバータにおける各相のブリッジアームの上半部ブリッジアームは双方向スイッチモジュールであり、下半部ブリッジアームはブリッジアームキャパシタであり、双方向スイッチモジュールはブリッジアームキャパシタに直列接続されて各相のブリッジアーム全体を形成する。

【0035】

トランスの一次巻線は共振インダクタＬｒ、共振キャパシタＣｒに直列接続されて分離マトリクスコンバータのブリッジアームの両端に接続され、トランスの一次巻線は、共振インダクタＬｒ、共振キャパシタＣｒに直列接続されてＬＬＣ直列共振を形成する。

【0036】

双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、クランプキャパシタの両端は、モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、クランプキャパシタは、２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、
クランプキャパシタは、双方向スイッチユニットにおけるスイッチング管が動作過程で発生する電圧スパイクを抑制するために用いられる。

【0037】

本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータにおける双方向スイッチモジュールは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含む必要があり、即ち、４つを含んでもよいし、３つを含んでもよいし、２つを含んでもよいが、制御可能スイッチング管を１つだけ含むと、クランプキャパシタの充放電を実現できない。双方向スイッチモジュールが２つの制御可能スイッチング管を含む場合、２つの制御可能スイッチング管は、２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームに同じく位置する必要がある。

【0038】

図２において、双方向スイッチモジュールが、第１スイッチング管Ｑ１、第２スイッチング管Ｑ２、第３スイッチング管Ｑ３、及び第４スイッチング管Ｑ４という４つの制御可能スイッチング管を含むことを例として紹介する。還流ループを形成するために、各々のスイッチング管は逆並列ダイオードを含み、即ち、第１スイッチング管Ｑ１の逆並列ダイオードはＤ１、第２スイッチング管Ｑ２の逆並列ダイオードはＤ２、第３スイッチング管Ｑ３の逆並列ダイオードはＤ３、第４スイッチング管Ｑ４の逆並列ダイオードはＤ４である。

【0039】

第１スイッチング管Ｑ１の第１端及び第３スイッチング管Ｑ３の第１端はともに、クランプキャパシタＣ１の第１端に接続され、第２スイッチング管Ｑ２の第２端及び第４スイッチング管Ｑ４の第２端はともに、クランプキャパシタＣ１の第２端に接続され、第１スイッチング管Ｑ１の第２端は第２スイッチング管Ｑ２の第１端に接続され、第３スイッチング管Ｑ３の第２端は第４スイッチング管Ｑ４の第１端に接続され、
第１スイッチング管Ｑ１、第２スイッチング管Ｑ２の共通端は双方向スイッチモジュールの第１端であり、第３スイッチング管Ｑ３、第４スイッチング管Ｑ４の共通端は双方向スイッチモジュールの第２端である。

【0040】

図２において、分離マトリクスコンバータの出力端がフルブリッジ整流ブリッジに接続されることを例として、それに、整流ブリッジが４つのダイオード、即ち、第４ダイオードＤ４、第５ダイオードＤ５、第６ダイオードＤ６、第７ダイオードＤ７を含むことを例として、第４ダイオードＤ４と第５ダイオードＤ５とは直列接続されて整流ブリッジの一方のブリッジアームを形成し、第６ダイオードＤ６と第７ダイオードＤ７とは直列接続されて整流ブリッジの他方のブリッジアームを形成する。整流ブリッジの出力端は出力キャパシタＣｂｕｓに接続される。

【0041】

図２には、整流ブリッジがダイオードを含むことのみが示され、また、整流ブリッジは、制御可能スイッチング管、又は、制御可能スイッチング管とダイオードとの混合を含んでもよく、整流ブリッジのブリッジアームが制御可能スイッチング管を含む場合、当該分離マトリクスコンバータは、電力の双方向変換を実現でき、即ち、直流から交流への変換を実現できる。整流ブリッジの一方側は入力端である。

【0042】

図２において、各相ブリッジアームが双方向スイッチモジュールを１つだけ含む場合、図３に示すように、当該図は、本願の実施例によって提供されるさらに別の分離マトリクスコンバータの概略図である。

【0043】

図３において、各相ブリッジアームは、双方向スイッチモジュールを１つだけ含み、残りは図２と同じであり、ここでは贅言しない。

【0044】

図２及び図３における双方向スイッチモジュールはいずれも、すべてが制御可能スイッチング管である場合であり、以下、制御可能スイッチング管とダイオードとの混合を含む場合を紹介する。

【0045】

本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータについて、双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管という２つの制御可能スイッチング管、及び第１ダイオード、第２ダイオードという２つのダイオードを含み、第１スイッチング管と第１ダイオードとは直列接続されてモジュールの第１ブリッジアームを形成し、第２スイッチング管と前記第２ダイオードとは直列接続されてモジュールの第２ブリッジアームを形成する。以上の第１スイッチング管、第２スイッチング管は、スイッチング管の名称に過ぎず、具体的に位置を示すものではない。

【0046】

本願の実施例は、２つのダイオードの位置を具体的に限定せず、例えば、同時に２つの上半部ブリッジアームに位置してもよいし、同時に２つの下半部ブリッジアームに位置してもよい。

【0047】

図４を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供される双方向スイッチモジュールの概略図である。

【0048】

図４において、２つの上半部ブリッジアームが制御可能スイッチング管、２つの下半部ブリッジアームがダイオードであることを例として紹介する。即ち、Ｑ１、Ｑ３はともに、制御可能スイッチング管であり、Ｄ２、Ｄ４はともに、ダイオードであり、それに、Ｑ１は、逆並列ダイオードＤ１を含み、Ｑ３は、逆並列ダイオードＤ３を含む。クランプキャパシタＣ１はモジュールのブリッジアームの両端に接続される。

【0049】

図５を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供されるさらに別の双方向スイッチモジュールの概略図である。

【0050】

図５において、２つの上半部ブリッジアームがダイオード、２つの下半部ブリッジアームが制御可能スイッチング管であることを例として紹介する。即ち、Ｑ１２、Ｑ１４はともに、制御可能スイッチング管であり、Ｄ１１、Ｄ１３はともに、ダイオードであり、それに、Ｑ１２は、逆並列ダイオードＤ１２を含み、Ｑ１４は、逆並列ダイオードＤ１４を含む。クランプキャパシタＣ１はモジュールのブリッジアームの両端に接続される。

【0051】

図４及び図５は、ともに２つの制御可能スイッチング管、及び２つのダイオードを含む場合を紹介し、以下、図面を結合して、双方向スイッチモジュールが３つの制御可能スイッチング管及び１つのダイオードを含む場合を紹介する。即ち、双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管、第３スイッチング管という３つの制御可能スイッチング管、及び第１ダイオードという１つのダイオードを含み、第１スイッチング管と第２スイッチング管とは直列接続されてモジュールの第１ブリッジアームを形成し、第３スイッチング管と第１ダイオードとは直列接続されてモジュールの第２ブリッジアームを形成する。

【0052】

図６を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供される別の双方向スイッチモジュールの概略図である。

【0053】

図６において、左側のブリッジアームは２つの制御可能スイッチング管Ｑ１、Ｑ２を含み、右側の上半部ブリッジアームは制御可能スイッチング管Ｑ３を含み、右側の下半部ブリッジアームはダイオードＤ４を含む。Ｑ１の逆並列ダイオードはＤ１、Ｑ２の逆並列ダイオードはＤ２、Ｑ３の逆並列ダイオードはＤ３である。クランプキャパシタＣ１はモジュールのブリッジアームの両端に接続される。

【0054】

図７を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供されるもう１つの双方向スイッチモジュールの概略図である。

【0055】

図７において、左側のブリッジアームは２つの制御可能スイッチング管Ｑ１、Ｑ２を含み、右側の上半部ブリッジアームはダイオードＤ３を含み、右側の下半部ブリッジアームは制御可能スイッチング管Ｑ４を含む。Ｑ１の逆並列ダイオードはＤ１、Ｑ２の逆並列ダイオードはＤ２、Ｑ４の逆並列ダイオードはＤ４である。クランプキャパシタＣ１はモジュールのブリッジアームの両端に接続される。

【0056】

なお、図６及び図７において、１つのダイオードの位置を例示するに過ぎず、当該ダイオードは、４つのハーフブリッジアームのいずれかに位置することができる。図６及び図７は、３つの制御可能スイッチング管を含み、各々の双方向スイッチモジュールの電圧をいずれも制御できるのを保証でき、具体的には、制御可能スイッチング管のデューティ比を調整することでモジュールの電圧を調節することができる。

【0057】

トランスの二次巻線は整流ブリッジに接続され、整流ブリッジは、ダイオード、又は、制御可能スイッチング管のうちの少なくとも１項を含む。

【0058】

整流ブリッジがダイオードを含む場合、図３を参照し、図３におけるトランスの二次巻線は１つだけであり、以下、トランスが複数の二次巻線を含む場合を紹介する。

【0059】

トランスは複数の二次巻線を含み、各々の二次巻線は、対応する整流ブリッジに接続される。トランスの二次巻線が複数含まれるため、複数の出力ポートに対応し、後段コンバータを増加して各出力ポートの電圧、電力の柔軟な調節を実現することができる。

【0060】

図８を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供されるさらに別の分離マトリクスコンバータの概略図である。

【0061】

図８において、トランスはｎ個の二次巻線を含み、ｎは１よりも大きい整数であり、各々の巻線は、対応する整流ブリッジに接続される。例えば、第１整流ブリッジは４つのダイオードＤ５～Ｄ８を含み、第１整流ブリッジの出力キャパシタはＣｂｕｓ１である。第ｎ整流ブリッジは４つのダイオードＤｎ５～Ｄｎ８を含み、第ｎ整流ブリッジの出力キャパシタはＣｂｕｓｎである。

【0062】

図８に示す分離マトリクスコンバータは、電気自動車の充電シーンに適用されることができ、各々の整流ブリッジは１つの充電ガンに対応し、電気自動車のために充電する。例えば、分離マトリクスコンバータの入力電圧は、交流１０ｋＶ又は交流３５ｋＶであってもよい。

【0063】

以上に紹介した分離マトリクスコンバータはいずれも、整流ブリッジがダイオードを含むことを例として紹介したものであり、以下、整流ブリッジが制御可能スイッチング管を含む場合を紹介する。

【0064】

図９を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供されるもう１つの分離マトリクスコンバータの概略図である。

【0065】

図９における整流ブリッジは４つの制御可能スイッチング管、即ち、Ｑ５～Ｑ８を含み、各々の制御可能スイッチング管は、対応する逆並列ダイオードを含み、即ち、Ｑ５～Ｑ８の逆並列ダイオードはそれぞれ、Ｄ５～Ｄ８である。整流ブリッジの出力キャパシタはＣ１である。

【0066】

図９に示す分離マトリクスコンバータは、右側が光起電力アレイに接続され、即ち、右側を入力端とし、左側を交流出力端とし、光起電力発電の交流グリッド接続を実現する。

【0067】

本願の実施例は、分離マトリクスコンバータの適用シーンを具体的に限定せず、双方向スイッチモジュールの数も限定せず、整流ブリッジの数、及び整流ブリッジにおけるスイッチング管のタイプも限定せず、各々の双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管のタイプも限定せず、以上に紹介した各種の実現方式の間は自由に結合することができる。

【0068】

以下、図面を結合して本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの作動原理を詳しく紹介する。分離マトリクスコンバータの回路については、図３を参照し、双方向スイッチモジュールにおいていずれも制御可能スイッチング管であることを例とする。

【0069】

図１０を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供される３相交流電圧のオシログラムである。

【0070】

仮に３相電力網の電圧波形が図１０に示すものであると、Ａ相、Ｂ相、及びＣ相の間は順次１２０度異なり、０～３０度の場合にＡ相電圧の絶対値が最も大きく、Ｂ相の絶対値が最も小さく、Ｃ相の絶対値が２番目に小さく、それに、Ａ相電圧はＢ相電圧、Ｃ相電圧と逆である。図３に示す回路のように、双方向スイッチモジュールにおけるＱ２、Ｑ４はメインスイッチング管であり、Ｑ１、Ｑ３はオフすると、Ｑ２、Ｑ４管の正常作動時のスイッチタイミングは図１１に示すようである。

【0071】

図１１を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの双方向スイッチモジュールの駆動タイミング図である。

【0072】

分離マトリクスコンバータが３相分離マトリクスコンバータである場合、３相分離マトリクスコンバータの各相は、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、
コンバータはコントローラをさらに含み、
図１０に示す３相電圧を結合すれば、Ａ相電圧の絶対値が最も高く、Ｃ相電圧の絶対値が２番目に高く、Ｂ相電圧の絶対値が最も小さい。図１１において、Ｑａ２は、Ａ相のＱ２の駆動タイミングを示し、Ｑａ４は、Ａ相のＱ４の駆動タイミングを示し、Ｑｃ２は、Ｃ相のＱ２の駆動タイミングを示し、Ｑｃ４は、Ｃ相のＱ４の駆動タイミングを示し、Ｑｂ２は、Ｂ相のＱ２の駆動タイミングを示し、Ｑｂ４は、Ｂ相のＱ４の駆動タイミングを示す。

【0073】

前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が最も高い相の電圧ストレスを受けないスイッチング管が常にオンし、前記最も高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管がプリセットデューティ比又はプリセットスイッチ周波数で動作するように制御し、例えば、デューティ比は５０％である。

【0074】

前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が２番目に高い相の、最も高い相のスイッチング管のオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、２番目に高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御し、それに、両スイッチは同時にオフし、Ｑ４デューティ比は当該ユニットの実際のデューティ比であり、当該デューティ比は、当該相電圧値と最高相電圧との関係に応じて特定される。

【0075】

前記コントローラはさらに、相電圧の絶対値が最も小さい相の、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールのオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、電圧ストレスを受けるスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御する。それに、両スイッチは同時にオフし、Ｑ２デューティ比は当該ユニットの実際のデューティ比であり、当該デューティ比は、当該相電圧値と最高相電圧値との関係に応じて特定される。

【0076】

双方向スイッチモジュールにおける以上のスイッチング管の具体的な位置は、実際のトポロジ構造に応じて特定でき、異なる双方向スイッチモジュールは、示すスイッチング管が異なる可能性があり、例えば、上部の２つのハーフブリッジアームが制御可能スイッチング管を含む場合は、下部の２つのハーフブリッジアームが制御可能スイッチング管を含む場合と区別がある。しかしながら、双方向スイッチモジュールの構造にかかわらず、以上は、電圧ストレスを受けるスイッチング管と、電圧ストレスを受けないスイッチング管とで区分される。

【0077】

理解の便宜上、以下、図１０に示す０～３０度で、Ａ相の相電圧の絶対値が最も高いことを結合して、それを例として紹介する。

【0078】

コントローラはさらに、相電圧の絶対値が最も高い相の第２スイッチング管Ｑ２がオンし、最も高い相の第４スイッチング管Ｑ４がプリセットデューティ比又はプリセットスイッチ周波数でスイッチング動作をするように制御し、例えば、プリセットデューティ比は５０％であり、
相電圧の絶対値が２番目に高い相の第４スイッチング管Ｑ４が、最も高い相の第４スイッチング管Ｑ４がオフする前にオンし、相電圧の絶対値が２番目に高い相の第２スイッチング管Ｑ２が、２番目に高い相の第４スイッチング管Ｑ４がオフした後にオンするように制御し、
相電圧の絶対値が最も小さい相の第２スイッチング管Ｑ２が、２番目に高い相の第２スイッチング管Ｑ２、第４スイッチング管Ｑ４がオフする前にオンし、相電圧の絶対値が最も小さい相の第４スイッチング管Ｑ４が、２番目に高い相の第２スイッチング管Ｑ２、第４スイッチング管Ｑ４がオフした後にオンするように制御する。

【0079】

以上のＱ２、Ｑ４は、各相における第２スイッチング管、第４スイッチング管を示し、各相における４つのスイッチング管の番号は同じであり、異なる相のみで区分される。

【0080】

コンバータが直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含む場合、コントローラは具体的に、クランプキャパシタの電圧が第１プリセット電圧よりも大きい場合、クランプキャパシタの電圧が第２プリセット電圧よりも小さくなるまでクランプキャパシタが放電するように双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させ、第１プリセット電圧は第２プリセット電圧よりも大きく、これにより、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとり、
コンバータが直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含む場合、コントローラは具体的に、クランプキャパシタの電圧が第３プリセット電圧よりも小さい場合、クランプキャパシタの電圧が第４プリセット電圧よりも大きくなるまでクランプキャパシタが充電するように双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとり、第３プリセット電圧は第４プリセット電圧よりも小さく、
第２プリセット電圧は第３プリセット電圧よりも大きい。

【0081】

本実施例によって提供されるコンバータについて、コンバータが直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含む場合、双方向スイッチモジュールにおける制御可能スイッチング管の動作を制御することで、クランプキャパシタを充電又は放電することができ、さらにクランプキャパシタ上の電圧を変更し、複数の直列接続された双方向スイッチモジュールの間の電圧バランスを実現し、電圧がバランスされる場合、複数の双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の電圧ストレスが均等であることを含んでもよく、ある双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の受ける電圧ストレスが大きく、ある双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の受ける電圧ストレスが小さいことが現れず、これにより、スイッチング管をよりよく保護することができる。

【0082】

図１２Ａ～図１２Ｄを参照し、当該図は、本願の実施例によって提供される双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング動作の作動原理図である。

【0083】

図１２Ａ～図１２Ｄに示すように、０～３０度時のＡ相のスイッチング管Ｑ４のオフ過程、クランプキャパシタＣ１の作動原理であり、Ｑ４のオフ過程に、ループの寄生インダクタは、Ｑ４で高い電圧スパイクを発振する可能性があり、Ｃ１の存在により、電圧スパイクはＣ１の電圧に制限され、即ち、Ｃ１はスパイク電圧をクランプし、電圧スパイクを効果的に抑制する。

【0084】

Ｃ１が制御可能スイッチング管を効果的に保護するのを保証するために、Ｃ１の両端の電圧が合理的な範囲内に制御されることが要求される。例えば、正常電圧はＶ０に設置され、電圧が第１プリセット電圧Ｖ１よりも高い場合、モジュールは、過電圧放電作動モードに入り、電圧が第２プリセット電圧Ｖ２よりも低くなると、過電圧放電モードから退出し、電圧が第３プリセット電圧Ｖ３よりも低い場合、モジュールは、低電圧充電モードに入り、電圧が第４プリセット電圧Ｖ４よりも高くなると、低電圧充電モードから退出する。以下、Ａ相がそれぞれ、最大値（０～３０度）、中間値（３０～６０度）、最小値（６０～９０度）にある場合で、クランプキャパシタＣ１の充放電モードの作動過程を紹介する。

【0085】

０～３０度について、Ａ相の双方向スイッチモジュールのクランプキャパシタＣ１の電圧がＶ２よりも低い場合、当該モジュールは母線低電圧充電モードに入り、当該モードでは、当該モジュールのロングパス管Ｑ２をターンオフし、かつ当該モジュールがＱ４をターンオンする必要がある時点でＱ４をスタートアップしなくなる。メイン電力ループ電流はＣ１を充電する。当該モジュールのＣ１の両端の電圧がＶ４よりも高い場合、次のスイッチング周期Ｑ２で引き続きロングパス状態に入り、Ｑ４は設定されたロジックに応じてスイッチの切り替えを行う。当該モジュールの吸収クランプキャパシタＣ１の電圧がＶ１よりも高い場合、当該モジュールは母線過電圧放電モードに入り、当該モードでは、Ｑ４のオン時点で当該モジュールのロングパス管Ｑ２をターンオフしてＱ１をシャットダウンし、ループ電流はＣ１を充電し、各相ブリッジアームが、直列接続された複数の双方向スイッチモジュールを含む場合、Ａ相の他のモジュールの電圧ストレスを軽減するために、Ｑ４がオフする時に、同時にＱ１をオフしてＱ２をターンオンする。次のスイッチング周期で引き続き放電し、Ｃ１の電圧がＶ２よりも低くなると、放電モードから退出する。

【0086】

３０～６０度について、Ａ相の双方向スイッチモジュールのクランプキャパシタＣ１の電圧がＶ３よりも低い場合、当該モジュールは母線低電圧充電モードに入り、正常に作動する時に、当該モジュールＱ２は、Ｑ４のゼロ電圧ターンオンの準備をするために最大値相のＱ４がターンオフする前の一定時間にターンオンするが、充電モードでは、Ｑ２はターンオンしなくなり、Ｑ４はこの周期内でもターンオンしなく、さらにループ電流によりＣ１の充電を実現し、この周期で充電が完了しなければ、充電が完了するまで、次のスイッチング周期で充電を引き続き行う。当該モジュールの吸収クランプキャパシタＣ１の電圧がＶ１よりも高い場合、当該モジュールは母線過電圧放電モードに入り、Ｑ２がスタートアップしなくなり、正常にＱ４をスタートアップする必要がある場合、Ｑ４をスタートアップするときにＱ１をスタートアップし、主ループ電流によりＣ１の放電を実現するが、電流が逆向きにする前に、キャパシタＣｘを放電する必要がある。

【0087】

６０～９０度について、Ａ相の双方向スイッチモジュールのクランプキャパシタＣ１の電圧がＶ３よりも低い場合、当該モジュールは母線低電圧充電モードに入り、正常に、Ｑ４は、Ｑ２にゼロ電圧ターンオン条件を作るように、中間相であるＣ相のＱ２、Ｑ４がオンするときに事前にターンオンし、充電モードでは、Ｑ４、Ｑ２は周期内に、ともにスタートアップしない。当該モジュールの吸収クランプキャパシタＣ１の電圧がＶ１よりも高い場合、当該モジュールは母線過電圧放電モードに入り、Ｑ４は正常にターンオンするが、正常、Ｑ２がオンする時に、Ｑ２ではなくＱ１をターンオンし、正常にＱ２、Ｑ４をターンオフする時点で、Ｑ１、Ｑ４をターンオフし、これにより、Ｃ１への放電を実現する。

【0088】

以下、Ｑ４のオフ過程におけるＣ１による電圧スパイクの抑制過程を具体的に紹介する。

【0089】

図１２Ａにおいて、Ａ相電流はＱ４から入り、Ｑ２、Ｄ２を流れ、Ｑ２の上端から流出し、この場合、Ｑ１、Ｑ３はともにオフする。

【0090】

図１２Ｂにおいて、Ｑ４はオフし、Ｑ１、Ｑ３はオフを引き続き保持する。電流はＱ４の接合キャパシタＣｏ４を充電し、Ｑ３の接合キャパシタＣｏ３は放電する。

【0091】

図１２Ｃにおいて、Ｑ４はオフし、Ｑ１、Ｑ３はオフを引き続き保持し、Ｑ４の接合キャパシタＣｏ４で電流が形成した電圧は、クランプキャパシタＣ１の両端の電圧に達し、この場合、Ｃｏ３は０に放電した後、Ｄ３がオンしてＱ４の電圧へのスパイク抑制を実現し、Ｑ４の安全を保護する。

【0092】

図１２Ｄにおいて、電流はループ（分離マトリクスコンバータ全体の大ループを意味する）の寄生インダクタを流れ、Ｄ３、Ｃ１、Ｄ２が０に共振した後、逆向きにしてＱ３、Ｑ４の接合キャパシタ（Ｃｏ３及びＣｏ４）を充放電し、直列接続されたすべての双方向スイッチモジュールにおけるＱ４の総電圧が交流入力の線間電圧に達するまで、Ｑ４の両端の電圧が低下し、Ｑ３の両端の電圧が上昇する。

【0093】

Ｃ１がなければ、Ｃｏ３、Ｃｏ４の電圧が大きくなり、これにより、Ｑ３、Ｑ４は高い電圧ストレスを受ける必要があり、耐電圧を超えると破損になる。

【0094】

本願によって提供される分離マトリクスコンバータにおける双方向スイッチモジュールのクランプキャパシタによるスイッチング管の動作時のスパイク電圧の抑制作用をより明瞭に了解するために、以下、オシログラムを結合して詳しく紹介する。

【0095】

図１３を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供されるＱ４のオフ過程の電圧ストレス概略図である。

【0096】

図１３から分かるように、クランプキャパシタＣ１の存在により、Ｑ４はオフ過程に、電圧ストレスには平台Ｈが存在し、即ち、電圧がクランプされ、クランプキャパシタＣ１がなければ、Ｑ４はオフ過程に、高いスパイク電圧が現れ、Ｑ４に影響を与え、例えば、Ｑ４の耐電圧を超えてＱ４が損害する可能性がある。同じ原理により、他のスイッチング管はスイッチング過程に、スパイク電圧の衝撃を受けないように、Ｃ１によって保護されてもよい。

【0097】

以上の実施例は、Ａ相を例として紹介したのであり、他の相、及び異なる位相区間の各スイッチング管の作動過程は類似し、ここでは贅言しない。

【0098】

双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管が非完全制御タイプ（即ち、制御可能スイッチング管及びダイオードの組み合わせを含む）のものである場合、各双方向スイッチモジュールの充放電モードは、特定の位相区間でのみ制御される。

【0099】

以上に記載の方案はいずれも、双方向スイッチモジュールにおけるＱ２、Ｑ４をメインスイッチとして記述し、実際に使用する場合、Ｑ１、Ｑ３をメインスイッチ、Ｑ２、Ｑ４をクランプキャパシタＣ１の電圧調節スイッチング管として使用するようにしてもよく、関連するタイミングはそれに応じて調整する必要があり、ここでは贅言しない。

【0100】

本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータは、双方向スイッチモジュールにクランプキャパシタが含まれるため、クランプキャパシタを利用するとスイッチング過程におけるスイッチング管のスパイク電圧を抑制することができ、これにより、スイッチング管を保護し、さらにコンバータ全体の安全を保護し、コンバータ全体の信頼性を向上させる。また、クランプキャパシタの充電モード及び放電モードに対する制御を利用すると、コンバータの電圧ストレスをよりよく制御することができる。

【0101】

また、本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータは、各相が、直列接続された複数の双方向スイッチモジュールを含んでもよく、このように、ブリッジアームの電圧が高い場合、各々の双方向スイッチモジュールが受ける電圧を低減することができ、さらに双方向スイッチモジュールにおける制御可能スイッチング管のタイプ選択に寄与し、コンバータのコストを軽減する。

【0102】

以上の実施例における双方向スイッチモジュールは、ブリッジアームの形式で紹介したものであり、即ち、２レベルのトポロジを例として紹介する。また、Ｉ-ＮＰＣ、Ａ-ＮＰＣ等の３レベルのフルブリッジ又はマルチレベルのトポロジとして設計されてもよい。

【0103】

方法実施例
以上の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータに基づいて、本願の実施例はさらに、分離マトリクスコンバータの制御方法を提供し、以下、図面を結合して詳しく紹介する。

【0104】

図１４を参照し、当該図は、本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの制御方法のフローチャートである。

【0105】

本実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの制御方法について、分離マトリクスコンバータは、双方向スイッチモジュール、トランス、共振インダクタ、共振キャパシタ、及びブリッジアームキャパシタを含み、双方向スイッチモジュールはブリッジアームキャパシタに直列接続されてコンバータのブリッジアームを形成し、各々のコンバータのブリッジアームは、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、トランスの一次巻線は共振インダクタ及び共振キャパシタに直列接続された後にコンバータのブリッジアームの両端に接続され、双方向スイッチモジュールは、クランプキャパシタ及び双方向スイッチユニットを含み、双方向スイッチユニットは、モジュールの２つのブリッジアームを形成し、クランプキャパシタの両端は、モジュールの２つのブリッジアームの両端に接続され、クランプキャパシタは、２つのブリッジアームの２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームとクランプ吸収回路を形成し、双方向スイッチユニットは、少なくとも２つの制御可能スイッチング管を含み、
当該方法は、
Ｓ１４０１：双方向スイッチユニットにおけるスイッチング管を制御して動作させるステップと、
Ｓ１４０２：スイッチング管の動作過程に発生する電圧スパイクを抑制するようにクランプキャパシタを制御するステップと、を含む。

【0106】

本願の実施例によって提供される分離マトリクスコンバータの制御方法は、双方向スイッチモジュールにクランプキャパシタが含まれるため、クランプキャパシタを利用するとスイッチング過程におけるスイッチング管のスパイク電圧を抑制することができ、これにより、スイッチング管を保護し、さらにコンバータ全体の安全を保護し、コンバータ全体の信頼性を向上させる。

【0107】

双方向スイッチモジュールが２つの制御可能スイッチング管を含む場合、２つの制御可能スイッチング管は、２つの上部ブリッジアーム又は２つの下部ブリッジアームに同じく位置する。

【0108】

双方向スイッチモジュールは、第１スイッチング管、第２スイッチング管、第３スイッチング管、及び第４スイッチング管という４つの制御可能スイッチング管を含み、
第１スイッチング管の第１端及び第３スイッチング管の第１端はともに、クランプキャパシタの第１端に接続され、第２スイッチング管の第２端及び第４スイッチング管の第２端はともに、クランプキャパシタの第２端に接続され、第１スイッチング管の第２端は第２スイッチング管の第１端に接続され、第３スイッチング管の第２端は第４スイッチング管の第１端に接続され、
第１スイッチング管、第２スイッチング管の共通端は双方向スイッチモジュールの第１端であり、第３スイッチング管、第４スイッチング管の共通端は双方向スイッチモジュールの第２端である。

【0109】

本実施例によって提供される方法は、コンバータが直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含む場合、
クランプキャパシタの電圧が第１プリセット電圧よりも大きい場合、クランプキャパシタの電圧が第２プリセット電圧よりも小さくなるまでクランプキャパシタが放電するように双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるステップをさらに含み、第１プリセット電圧は第２プリセット電圧よりも大きく、クランプキャパシタが放電するようにスイッチング管を制御して動作させる場合、双方向スイッチモジュールには、少なくとも３つのスイッチング管が含まれる必要がある。

【0110】

本実施例によって提供される方法は、コンバータが直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含む場合、
クランプキャパシタの電圧が第３プリセット電圧よりも小さい場合、クランプキャパシタの電圧が第４プリセット電圧よりも大きくなるまでクランプキャパシタに充電するように双方向スイッチユニットにおける制御可能スイッチング管を制御して動作させることで、前記少なくとも２つの双方向スイッチモジュールの間の電圧のバランスをとるステップをさらに含み、第３プリセット電圧は第４プリセット電圧よりも小さく、
第２プリセット電圧は第３プリセット電圧よりも大きい。

【0111】

本実施例によって提供される方法について、コンバータが直列接続された少なくとも２つの双方向スイッチモジュールを含む場合、双方向スイッチモジュールにおける制御可能スイッチング管の動作を制御することで、クランプキャパシタを充電又は放電することができ、さらにクランプキャパシタ上の電圧を変更し、複数の直列接続された双方向スイッチモジュールの間の電圧バランスを実現し、電圧がバランスされる場合、複数の双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の電圧ストレスが均等であることを含んでもよく、ある双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の受ける電圧ストレスが大きく、ある双方向スイッチモジュールにおけるスイッチング管の受ける電圧ストレスが小さいことが現れず、これにより、スイッチング管をよりよく保護することができる。

【0112】

分離マトリクスコンバータが３相分離マトリクスコンバータである場合、３相分離マトリクスコンバータの各相は、少なくとも１つの双方向スイッチモジュールを含み、
当該方法は、
相電圧の絶対値が最も高い相の電圧ストレスを受けないスイッチング管が常にオンし、前記最も高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管がプリセットデューティ比でスイッチング動作をするように制御するステップと、
相電圧の絶対値が２番目に高い相の、最も高い相のスイッチング管のオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、２番目に高い相の電圧ストレスを受けるスイッチング管が、最も高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御するステップと、
相電圧の絶対値が最も小さい相の、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールのオンする時に電圧ストレスを受けないスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフする前にオンし、電圧ストレスを受けるスイッチング管が、２番目に高い相の双方向スイッチモジュールがオフした後にオンするように制御するステップと、をさらに含む。

【0113】

開示された実施例の上記説明は、当業者が本願を実現又は使用できるようにする。これらの実施例に対する多種の補正は当業者にとって自明であり、ここに定義される一般的な原理は、本願の精神又は範囲を逸脱しない状況で、他の実施例で実現することができる。従って、本願は、ここに示されるこれらの実施例に限定されず、ここに開示された原理及び新規な特徴点と一致する最も広い範囲を満たす。

【図1】