一种结构简单的辅助谐振极逆变电路制造技术

本发明专利技术提供一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，涉及电力电子技术领域。该电路包括三相主逆变电路及其辅助谐振换流电路，分别为依次并联连接的A相辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相辅助谐振换流电路和C相主逆变电路，同时与直流电源并联连接；每个辅助谐振换流电路仅包括2个辅助开关管、2个辅助二极管、2个辅助谐振电感和2个谐振电容。本发明专利技术提供的结构简单的辅助谐振极逆变电路，不需要为辅助开关管关断设置额外的谐振回路，其依靠自身寄生电容的缓冲作用实现零电压关断，降低了辅助开关管的电流应力，减小了电路中无功能量转化过程造成的损耗，减少了电路元件使用，实现了电路结构的简化。

【技术实现步骤摘要】
一种结构简单的辅助谐振极逆变电路
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种结构简单的辅助谐振极逆变电路。
技术介绍
随着中小功率逆变器在电机驱动、不间断电源、新能源并网等诸多领域的广泛应用，使用者对其体积、重量、变换效率、功率密度等性能指标提出了越来越高的要求，而实现逆变器小型化、轻量化、高效率、高功率密度的最直接方法就是提高逆变器的开关频率。但是单纯的通过提高开关频率又会增大硬开关逆变器的开关损耗，并且带来严重的电磁干扰(EMI)问题。因此，软开关逆变技术应运而生。随着软开关逆变技术的不断发展，各种软开关逆变器拓扑结构先后出现。在众多软开关逆变拓扑中，辅助谐振极逆变器没有增加主功率开关器件原有的电压和电流应力，三相独立控制，因此受到世界各国相关领域研究人员的普遍关注。较早提出的辅助谐振极逆变器需使用两个很大的电解质电容，给逆变器带来了中性点电位变化的问题，并且需要单独的检测电路和逻辑控制电路。随后出现的改进辅助谐振变换极逆变器，如变压器辅助逆变器、耦合电感逆变器、三角形或星形谐振吸收逆变器等，要么需要复杂的耦合电感或变压器及相应的磁通复位电路，要么三相谐振电路之间相互耦合，使主电路与控制策略都变得很复杂。《仪器仪表学报》2009年第30卷第6期公开了如图1所示的一种新型辅助谐振极逆变器的电路图。该辅助谐振极逆变器在三相电路的每一相均设置一套辅助谐振换流电路，每一相辅助谐振换流电路由4个辅助二极管、2个辅助谐振电容、2个辅助谐振电感、2个辅助开关管以及2个谐振电容组成。该逆变器避免了传统辅助谐振极逆变器使用的两个大的电解质电容，具有三相辅助谐振换流电路独立可控，无需检测负载电流，在全负载范围内均能实现开关管的软开关，各元件的电压应力不大于直流电源电压等优点。然而，该辅助谐振极逆变器中，辅助谐振换流电路使用元件数量较多，电路较为复杂，而且辅助谐振电容的存在，使得换流时辅助谐振换流电路中叠加额外的谐振电流，增大了辅助谐振换流电路的最大电流应力和导通损耗，进而影响整体变换效率，在中小功率应用场合上述问题将更加突出。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，实现辅助谐振换流电路为主功率开关管提供零电压开关条件，辅助开关管依靠自身寄生电容实现零电压关断。一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，包括三相主逆变电路和三相辅助谐振换流电路；所述三相主逆变电路采用三相桥式电路结构，包括A相主逆变电路、B相主逆变电路和C相主逆变电路；所述三相辅助谐振换流电路包括A相辅助谐振换流电路、B相辅助谐振换流电路和C相辅助谐振换流电路；所述A相辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相辅助谐振换流电路和C相主逆变电路依次并联连接，同时与直流电源并联连接；所述各相主逆变电路均包括第一主开关管、第二主开关管、第一主二极管和第二主二极管；所述第一主开关管的发射极连接第二主开关管的集电极，第一主开关管与第一主二极管反并联连接，第二主开关管与第二主二极管反并联连接；所述各相辅助谐振换流电路均包括第一辅助开关管、第二辅助开关管、第一谐振电容、第二谐振电容、第一辅助谐振电感、第二辅助谐振电感、第一辅助二极管和第二辅助二极管；所述第一谐振电容的负极连接第二谐振电容的正极，第一谐振电容的正极连接第一辅助开关管的集电极，第二谐振电容的负极连接第二辅助开关管的发射极，第一辅助开关管的发射极连接第一辅助谐振电感的一端，第一辅助谐振电感的另一端连接至第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点，第二辅助开关管的集电极连接第二辅助谐振电感的一端，第二辅助谐振电感的另一端连接至第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点；所述第一辅助二极管的阳极连接至第二辅助开关管的集电极与第二辅助谐振电感的连接点，第一辅助二极管的阴极连接第一辅助开关管的集电极；所述第二辅助二极管的阳极连接第二辅助开关管的发射极，第二辅助二极管的阴极连接至第一辅助开关管的发射极与第一辅助谐振电感的连接点；所述第一主开关管集电极、第一主二极管阴极、第一辅助开关管的集电极和第一辅助二极管的阴极、第一谐振电容的正极与直流电源的正极连接；所述第二主开关管发射极、第二主二极管阳极、第二辅助开关管的发射极和第二辅助二极管的阳极、第二谐振电容的负极与直流电源的负极连接；所述第一辅助谐振电感与第二辅助谐振电感的连接点、第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点、第一主开关管发射极与第二主开关管集电极的连接点依次连接，以第一主开关管发射极与第二主开关管集电极的连接点处的引出线为单相交流电输出端。优选地，所述各相辅助谐振换流电路中的第一辅助开关管、第二辅助开关管和各相主逆变电路中的第一主开关管和第二主开关管，均采用全控开关器件。优选地，所述全控开关器件为绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。优选地，所述各相辅助谐振换流电路中的第一辅助二极管、第二辅助二极管和各相主逆变电路中的第一主二极管、第二主二极管均为快速恢复二极管或高频二极管。优选地，所述各相主逆变电路和各相辅助谐振换流电路均包括十个工作模式，分别为：模式a：第一主开关管开通，负载电流经第一主开关管流向负载，电路处于直流电源供电状态；模式b：第一主开关管关断，同时第二辅助开关管开通，负载电流换流至第一谐振电容、第二谐振电容，同时第一谐振电容、第二谐振电容与第二辅助谐振电感开始谐振，第二谐振电容放电，第一谐振电容与第二辅助谐振电感充电；在第一谐振电容、第二谐振电容的缓冲作用下，第一主开关管实现零电压关断，在第二辅助谐振电感的缓冲作用下，第二辅助开关管实现零电流开通；模式c：当第二辅助谐振电感中的电流达到最大值时，第一谐振电容两端的电压上升至直流电源电压，第二谐振电容两端的电压下降至零，第二主二极管导通，负载电流立即换流至第二主二极管，第二辅助谐振电感中的电流在第二辅助谐振电感、第二辅助开关管和第二主二极管构成的回路中环流；在第二主二极管导通期间开通第二主开关管，则第二主开关管实现零电压零电流开通；模式d：第二辅助开关管关断，第一辅助二极管立即导通，第二辅助谐振电感中的能量通过第二主二极管和第一辅助二极管回馈给直流电源，第二辅助谐振电感中的电流线性减小；模式e：当第二辅助谐振电感中的电流线性下降到零，第一辅助二极管自然关断，负载电流通过第二主二极管续流；在第二主二极管导通期间关断第二主开关管，则第二主开关管实现零电压零电流关断；模式f：第一辅助开关管开通，由于第二主二极管导通，第一辅助谐振电感直接承受直流电源电压，第一辅助谐振电感中的电流从零开始线性上升，第二主二极管中的电流线性减小，负载电流由第二主二极管向第一辅助谐振电感换流；由于第一辅助谐振电感的缓冲作用，第一辅助开关管实现零电流开通；模式g：当第一辅助谐振电感中的电流线性上升到负载电流时，负载电流完全换流至第一辅助谐振电感，第二主二极管中的电流线性下降至零自然关断，第一谐振电容、第二谐振电容与第一辅助谐振电感开始谐振，第一辅助谐振电容放电，第二辅助谐振电容和第一辅助谐振电感充电；模式h：当第一辅助谐振电感中的电流达到最大值时，第一谐振电容两端的电压下降至零，第二谐振电容两端的电压上升至直流电源电压，第一主二极管导通，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，其特征在于：包括三相主逆变电路和三相辅助谐振换流电路；所述三相主逆变电路采用三相桥式电路结构，包括A相主逆变电路、B相主逆变电路和C相主逆变电路；所述三相辅助谐振换流电路包括A相辅助谐振换流电路、B相辅助谐振换流电路和C相辅助谐振换流电路；所述A相辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相辅助谐振换流电路和C相主逆变电路依次并联连接，同时与直流电源并联连接；所述各相主逆变电路均包括第一主开关管、第二主开关管、第一主二极管和第二主二极管；所述第一主开关管的发射极连接第二主开关管的集电极，第一主开关管与第一主二极管反并联连接，第二主开关管与第二主二极管反并联连接；所述各相辅助谐振换流电路均包括第一辅助开关管、第二辅助开关管、第一谐振电容、第二谐振电容、第一辅助谐振电感、第二辅助谐振电感、第一辅助二极管和第二辅助二极管；所述第一谐振电容的负极连接第二谐振电容的正极，第一谐振电容的正极连接第一辅助开关管的集电极，第二谐振电容的负极连接第二辅助开关管的发射极，第一辅助开关管的发射极连接第一辅助谐振电感的一端，第一辅助谐振电感的另一端连接至第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点，第二辅助开关管的集电极连接第二辅助谐振电感的一端，第二辅助谐振电感的另一端连接至第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点；所述第一辅助二极管的阳极连接至第二辅助开关管的集电极与第二辅助谐振电感的连接点，第一辅助二极管的阴极连接第一辅助开关管的集电极；所述第二辅助二极管的阳极连接第二辅助开关管的发射极，第二辅助二极管的阴极连接至第一辅助开关管的发射极与第一辅助谐振电感的连接点；所述第一主开关管集电极、第一主二极管阴极、第一辅助开关管的集电极和第一辅助二极管的阴极、第一谐振电容的正极与直流电源的正极连接；所述第二主开关管发射极、第二主二极管阳极、第二辅助开关管的发射极和第二辅助二极管的阳极、第二谐振电容的负极与直流电源的负极连接；所述第一辅助谐振电感与第二辅助谐振电感的连接点、第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点、第一主开关管发射极与第二主开关管集电极的连接点依次连接，以第一主开关管发射极与第二主开关管集电极的连接点处的引出线为单相交流电输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，其特征在于：包括三相主逆变电路和三相辅助谐振换流电路；所述三相主逆变电路采用三相桥式电路结构，包括A相主逆变电路、B相主逆变电路和C相主逆变电路；所述三相辅助谐振换流电路包括A相辅助谐振换流电路、B相辅助谐振换流电路和C相辅助谐振换流电路；所述A相辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相辅助谐振换流电路和C相主逆变电路依次并联连接，同时与直流电源并联连接；所述各相主逆变电路均包括第一主开关管、第二主开关管、第一主二极管和第二主二极管；所述第一主开关管的发射极连接第二主开关管的集电极，第一主开关管与第一主二极管反并联连接，第二主开关管与第二主二极管反并联连接；所述各相辅助谐振换流电路均包括第一辅助开关管、第二辅助开关管、第一谐振电容、第二谐振电容、第一辅助谐振电感、第二辅助谐振电感、第一辅助二极管和第二辅助二极管；所述第一谐振电容的负极连接第二谐振电容的正极，第一谐振电容的正极连接第一辅助开关管的集电极，第二谐振电容的负极连接第二辅助开关管的发射极，第一辅助开关管的发射极连接第一辅助谐振电感的一端，第一辅助谐振电感的另一端连接至第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点，第二辅助开关管的集电极连接第二辅助谐振电感的一端，第二辅助谐振电感的另一端连接至第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点；所述第一辅助二极管的阳极连接至第二辅助开关管的集电极与第二辅助谐振电感的连接点，第一辅助二极管的阴极连接第一辅助开关管的集电极；所述第二辅助二极管的阳极连接第二辅助开关管的发射极，第二辅助二极管的阴极连接至第一辅助开关管的发射极与第一辅助谐振电感的连接点；所述第一主开关管集电极、第一主二极管阴极、第一辅助开关管的集电极和第一辅助二极管的阴极、第一谐振电容的正极与直流电源的正极连接；所述第二主开关管发射极、第二主二极管阳极、第二辅助开关管的发射极和第二辅助二极管的阳极、第二谐振电容的负极与直流电源的负极连接；所述第一辅助谐振电感与第二辅助谐振电感的连接点、第一谐振电容负极与第二谐振电容正极的连接点、第一主开关管发射极与第二主开关管集电极的连接点依次连接，以第一主开关管发射极与第二主开关管集电极的连接点处的引出线为单相交流电输出端。2.根据权利要求1所述的一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，其特征在于：所述各相辅助谐振换流电路中的第一辅助开关管、第二辅助开关管和各相主逆变电路中的第一主开关管和第二主开关管，均采用全控开关器件。3.根据权利要求2所述的一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，其特征在于：所述全控开关器件为绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。4.根据权利要求1所述的一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，其特征在于：所述各相辅助谐振换流电路中的第一辅助二极管、第二辅助二极管和各相主逆变电路中的第一主二极管、第二主二极管均为快速恢复二极管或高频二极管。5.根据权利要求1所述的一种结构简单的辅助谐振极逆变电路，其特征在于：所述各相主逆变电路和各相辅助谐振换流电路均包括十个工作模式，分别为：模式a：第一主开关管开通，负载电流经第一主开关管流向负载，电路处于直流电源供电状态；模式b：第一主开关管关断，同时第二辅助开关管开通，负载电流换流至第一谐振电容、第二谐振电容，同时第一谐振电容、第二谐振电容与第二辅助谐振电感开始谐振，第二谐振电容放电，第一谐振电容与第二辅助谐振电感充电；在第一谐振电容、第二谐振电容的缓冲作用下，第一主开关管实现零电压关断，在第二辅助谐振电感的缓冲作用下，第二辅助开关管实现零电流开通；模式c：当第二辅助谐振电感中的电流达到最大值时，第一谐振电容两端的电压上升至直流电源电压，第二谐振电容两端的电压下降至零，第二主二极管导通，负载电流立即换流至第二主二极管，第二辅助谐振电感中的电流在第二辅助谐振电感、第二辅助开关管和第二主二极管构成的回路中环流；在第二主二极管导通期间开通第二主开关管，则第二主开关管实现零电压零电流开通；模式d：第二辅助开关管关断，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚恩辉，邱佳雄，卢萍，陈志方，徐畅，李思，包建群，谢昊霖，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21