功率变换器的制作方法

本技术涉及电力电子，特别涉及一种功率变换器。

背景技术：

1、有源中点钳位（active-neutral-point-clamped，anpc）是一种常见的功率变换拓扑。采用anpc拓扑的功率变换器包括至少一相桥臂，每相逆变桥臂包括6个开关管t1～t6。其中，开关管t1～t4串联在功率变换器的直流端的正极和负极之间，开关管t5和t6串联，且并联在开关管t2和t3的两端。开关管t5和t6之间的串联节点作为功率变换器的交流端，用于输出交流电。

2、在功率变换器的交流端的电压的正半周，开关管t5和t6交替导通，开关管t1和t3保持导通，开关管t2和t4保持关断。在功率变换器的交流端的电压的负半周，开关管t5和t6交替导通，开关管t2和t4保持导通，开关管t1和t3保持关断。

3、在功率变换器关机的过程中，在所有开关管均关断，且交流端的电流续流至0之后，由于结电容和回路电感震荡，会产生反向电流。该反向电流会通过开关管t5和t1的反向二极管续流，或者，会通过开关管t6和t4的反向二极管续流。在反向电流续流时，开关管t6或者t5存在过压损坏的风险。

技术实现思路

1、本技术提供了一种功率变换器，能够解决功率变换器关机过程中，部分开关管存在过压损坏的风险的技术问题。

2、第一方面，提供了一种功率变换器，该功率变换器包括：直流端、交流端、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管和控制器。其中，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管依次串联在直流端的正极和负极之间，第五开关管和第六开关管串联在第一节点和第二节点之间，且第五开关管和第六开关管之间的串联节点连接交流端。第一节点为第一开关管和第二开关管之间的串联节点，第二节点为第三开关管和第四开关管之间的串联节点。控制器用于：在功率变换器关机的过程中，若交流端的电压大于第一阈值，则控制第三开关管或第五开关管导通，并控制其他开关管均关断；若交流端的电压小于第二阈值，则控制第二开关管或第六开关管导通，并控制其他开关管关断。其中，第一阈值大于0，第二阈值小于0。

3、本技术提供的方案在功率变换器关机的过程中，在交流端的电压大于第一阈值时导通第三开关管或第五开关管，不仅能避免第六开关管过压损坏，且能有效避免电网短路。在交流端的电压小于第二阈值时导通第二开关管或第六开关管，不仅能够避免第五开关管过压损坏，且能有效避免电网短路。

4、在一种可能的实施方式中，控制器还用于：在功率变换器故障的场景下，在功率变换器关机的过程中，若交流端的电压大于0，且小于等于第一阈值，则控制第三开关管或第五开关管导通，并控制其他开关管均关断；以及，若交流端的电压大于等于第二阈值且小于0，则控制第二开关管或第六开关管导通，并控制其他开关管关断。其中，功率变换器故障可以包括下述至少一种：过压、过流和过温等。

5、在功率变换器故障的场景下，为了避免故障扩散，需确保功率变换器及时关机。相应地，控制器若检测到交流端的电压大于等于第二阈值且小于等于第一阈值，则能够直接根据检测到的交流端的电压极性执行对应的封波流程，而无需再等待至电压大于第一阈值或小于第二阈值后再执行封波流程。

6、在一种可能的实施方式中，若交流端的电压大于0，且小于等于第一阈值时，第三开关管导通，且交流端的电压大于等于第二阈值且小于0时，第二开关管导通，则控制器还用于：在交流端的电压过零的过程中，控制第二开关管和第三开关管均导通。

7、在交流端的电压过零后，即电压极性发生切换后，控制器需要同步切换处于导通状态的开关管。由于开关管的导通和关断均需要一定时间，因此若直接切换开关管的通断状态，则可能出现所有开关管均关断，进而导致部分高频管过压损坏的情况。在本技术提供的方案中，控制器在交流端的电压过零的过程中，通过控制第二开关管和第三开关管均导通，能有效避免出现所有开关管均关断的故障工况。

8、在一种可能的实施方式中，若交流端的电压大于0，且小于等于第一阈值时，第五开关管导通，且交流端的电压大于等于第二阈值且小于0时，第六开关管导通，则控制器还用于：在交流端的电压过零的过程中，控制第五开关管和第六开关管均导通。

9、在本技术提供的方案中，控制器在交流端的电压过零的过程中，通过控制第五开关管和第六开关管均导通，能有效避免出现所有开关管均关断的故障工况。

10、在一种可能的实施方式中，控制器还用于：在功率变换器正常运行的场景下，在功率变换器关机的过程中，若交流端的电压大于等于第二阈值，且小于等于第一阈值，则在交流端的电压大于第一阈值后，再控制第三开关管或第五开关管导通，并控制其他开关管均关断，或者，在交流端的电压小于第二阈值后，再控制第二开关管或第六开关管导通，并控制其他开关管关断。

11、在该实施方式中，在功率变换器正常关机时，若交流端的电压大于等于第二阈值，且小于等于第一阈值，则控制器能够先正常发波。并且，控制器能够在检测到交流端的电压大于第一阈值或者小于第二阈值后，再按照本技术提供的封波时序进行封波。由此，一方面能有效避免采样误差导致的电压极性判断错误，另一方面还能确保在交流端的电压极性发生切换之前完成关机流程，从而有效降低控制器在关机过程中的控制逻辑的复杂度。

12、在一种可能的实施方式中，控制器还用于：在交流端的电流的绝对值小于电流阈值的情况下，控制第一开关管至第六开关管均关断。其中，电流阈值为接近于0的值。

13、由于在控制器关闭所有开关管时，交流端的电流已接近于0，因此能确保所有开关管中均不再流过电流，进而能有效避免开关管过压损坏。

14、在一种可能的实施方式中，控制器还用于：在交流端的电流的绝对值小于电流阈值，且交流端的电压大于第一阈值或小于第二阈值的情况下，控制第一开关管至第六开关管均关断。

15、由此，能够有效避免电流采样误差导致的误判，确保在交流端的电流已完全衰减至0后再进行所有开关管的封波，从而完成关机流程。

16、在一种可能的实施方式中，第一阈值大于或等于30伏特（v），第二阈值小于或等于-30v。

17、通过将第一阈值设计得较大，并将第二阈值设计得较小，能有效避免电压采样误差和/或交流端的电压波动导致的电压极性判断错误，进而能有效避免电网短路的情况发生。并且，还能有效确保在交流端的电压极性发生切换之前完成关机流程，从而有效降低控制器在关机过程中的控制逻辑的复杂度。

18、在一种可能的实施方式中，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，igbt），第五开关管和第六开关管为金属氧化物半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor，mosfet），简称mos管。也即是，功率变换器中的工频管均可以采用igbt，高频管均可以采用mos管。例如，高频管可以采用碳化硅（sic）mos管。

19、由此，能够确保功率变换器中的工频管的导通损耗较低，且成本较低，高频管的开关速度较快且开关损耗较小。

20、第二方面，提供了另一种功率变换器，该功率变换器包括：直流端、交流端、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管和控制器。其中，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管串联在直流端的正极和负极第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管依次串联在直流端的正极和负极之间，第五开关管和第六开关管串联在第一节点和第二节点之间，且第五开关管和第六开关管之间的串联节点连接交流端。第一节点为第一开关管和第二开关管之间的串联节点，第二节点为第三开关管和第四开关管之间的串联节点。控制器用于：在功率变换器关机的过程中，若交流端的电压极性为正，则控制第三开关管或第五开关管导通，并控制其他开关管均关断；若交流端的电压极性为负，则控制第二开关管或第六开关管导通，并控制其他开关管关断。

21、在一种可能的实施方式中，若交流端的电压极性为正时，第三开关管导通，且交流端的电压极性为负时，第二开关管导通，则控制器还用于：在交流端的电压极性切换的过程中，控制第二开关管和第三开关管均导通。

22、在一种可能的实施方式中，若交流端的电压极性为正时，第五开关管导通，且交流端的电压极性为负时，第六开关管导通，则控制器还用于：在交流端的电压极性切换的过程中，控制第五开关管和第六开关管均导通。

23、上述第二方面提供的功率变换器与前述第一方面提供的功率变换器具有基本相同的实施方式和技术效果，此处不再赘述。

24、综上所述，本技术提供了一种功率变换器。该功率变换器采用anpc拓扑。在功率变换器关机的过程中，若功率变换器交流端的电压大于第一阈值，则功率变换器能够导通第三开关管或第五开关管。由此，不仅能避免第六开关管过压损坏，且能有效避免电网短路。在功率变换器关机的过程中，若交流端的电压小于第二阈值，则功率变换器能够导通第二开关管或第六开关管。由此，不仅能够避免第五开关管过压损坏，且能有效避免电网短路。