一种高效软开关三电平逆变拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种高效软开关三电平逆变拓扑结构，属于中大功率光伏发电领域，以期实现更大的功率密度和更高的效率。因此本发明专利技术在现有的中点钳位型三电平拓扑上加入了软开关组件、二极管组件和吸收组件。通过谐振电感Lr抑制开关管电流突变,以及谐振电容Cr1或Cr2的抑制开关管端电压上升速率，避免电压电流同时取高值，实现各开关管的零电压零电流开关；通过吸收组件有效的抑制了开关管两端承受的电压尖峰。本发明专利技术的有益效果在于：能够完全实现各开关管的零电压、零电流开关，最大程度的减小了开关管损耗，且无需更改T型三电平逆变器原有的PWM调制方式；能抑制开关管两端承受电压过大，保证了逆变电路的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高效软开关三电平逆变拓扑结构
本专利技术涉及到电力电子领域，特别涉及一种高效软开关三电平逆变拓扑结构。
技术介绍
太阳能作为一种清洁型可再生能源备受关注，太阳能发电技术在政策的支持下飞速发展。而三电平T型NPC拓扑因具备组件更少,控制更简单,THD较低等优点而广泛应用于工业生产、光伏发电、功率优化系统等领域。工程应用中，为了保证输出波形的质量，常要求很高的IGBT开关频率，而其导通关闭都工作在硬开关下，比如IGBT导通瞬间两端电压来不及降到零，而电流已经迅速增大，常导致过多能量的损耗，降低了逆变器效率、影响IGBT寿命以及影响其功率密度。为了减少或完全避免硬开关损耗,弗吉尼亚理工的李泽元教授首先提出在DC-DC变换器领域应用软开关,随后文献1“ThersonantDClinkconverter-anewconceptinstaticpowerconversion”，1989IndustryApplications提出一种谐振直流环节逆变器，将软开关应用于逆变器，该拓扑主要是在直流侧与逆变侧之间加入一个LC谐振回路，避免逆变侧功率管同时出现电流和电压,但它会导致开关管耐压等级变高，而且谐振电感位于主回路上，会带来较高的通态损耗，同时将引起开关机瞬间的功率管损坏。后续的软开关技术发展广泛，各国学者在各种逆变拓扑上应用软开关及优化控制，但是会有辅助元件太多或者控制太复杂不实用等缺点。
技术实现思路
本专利技术是为了实现逆变开关管零电流、零电压开关，并且抑制开关管两端承受电压过大，提出的一种低损耗、高效率、高稳定性的高效软开关三电平逆变拓扑结构。本专利技术解决上述技术问题的具体方案是：一种高效软开关三电平逆变拓扑结构,它可用于中压高功率光伏发电。包括输入电源、负载、逆变组件、二极管组件、软开关组件以及吸收组件；所述逆变组件包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4，其中所述第一开关管S1的源极与第四开关管S4的漏极相连并连接至第二开关管S2的源极(负载回路的上连接点M)，所述第一开关管S1的漏极与直流侧正极相连，所述第四开关管S4源极与直流侧负极相连，所述第二开关管S2的漏极与第三开关管S3的漏极相连，并且第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的栅极均接控制驱动信号，通过控制输入的驱动信号可以分别实现第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的开关。所述二极管组件包括第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4，其中第一二极管Dr1的阳极与第二二极管Dr2的阴极相连，第二二极管Dr2的阳极与第三二极管Dr3的阴极相连，第三二极管Dr3的阳极与第四二极管Dr4的阴极相连。所述软开关组件包括第一谐振电感Lr,第一谐振电容Cr1,第二谐振电容Cr2，所述第一谐振电感Lr的一端与直流侧中点O相连，第一谐振电感另一端与第二二极管Dr2的阳极相连并连接至第三二极管Dr3的阴极，第二二极管Dr2的阴极与所述软开关组件的第一谐振电容Cr1相连，第一谐振电容Cr1的另一端与负载回路的上连接点M相连，第三二极管Dr3的阳极与所述软开关组件的第二谐振电容Cr2相连，第一谐振电容Cr2的另一端与负载回路的上连接点M相连。所述吸收组件包括第一吸收电阻Ri1,第一吸收电容Ci1，第一吸收电阻Ri1与第一吸收电容Ci1串联，并联在第一谐振电感Lr两端。本专利技术相比于现有技术的优点是：能够完全实现各开关管的零电压、零电流开关，最大程度的减小了开关管损耗；能抑制开关管两端承受电压过大，保证了逆变电路的稳定性。附图说明图1是本专利技术的高效软开关三电平逆变电路的原理图；图2是本专利技术的逆变拓扑结构的实施例处于工作阶段一1电平稳态的原理图；图3是本专利技术的逆变拓扑结构的实施例处于工作阶段二的原理图；图4是本专利技术的逆变拓扑结构的实施例处于工作阶段三的原理图；图5是本专利技术的逆变拓扑结构的实施例处于工作阶段四0电平稳态的原理图；图6是本专利技术的逆变拓扑结构的实施例处于工作阶段五的原理图；图7是本专利技术的逆变拓扑结构的实施例处于工作阶段六的原理图；图8是本专利技术实施例中开关管S1和S3的电压电流波形；图9是本专利技术实施例中开关管S3的电压波形与已有拓扑的比较；图10是本专利技术的高效软开关结构在I型三电平逆变拓扑应用的配置图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，一种高效软开关三电平逆变拓扑结构,它可用于中压高功率光伏发电。包括输入电源、负载、逆变组件、二极管组件、软开关组件以及吸收组件；所述逆变组件包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4，其中所述第一开关管S1的源极与第四开关管S4的漏极相连并连接至第二开关管S2的源极(负载回路的上连接点M)，所述第一开关管S1的漏极与直流侧正极相连，所述第四开关管S4源极与直流侧负极相连，所述第二开关管S2的漏极与第三开关管S3的漏极相连，并且第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的栅极均接控制驱动信号，通过控制输入的驱动信号可以分别实现第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的开关。所述二极管组件包括第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4，其中第一二极管Dr1的阳极与第二二极管Dr2的阴极相连，第二二极管Dr2的阳极与第三二极管Dr3的阴极相连，第三二极管Dr3的阳极与第四二极管Dr4的阴极相连。所述软开关组件包括第一谐振电感Lr,第一谐振电容Cr1,第二谐振电容Cr2，所述第一谐振电感Lr的一端与直流侧中点O相连，第一谐振电感另一端与第二二极管Dr2的阳极相连并连接至第三二极管Dr3的阴极，第二二极管Dr2的阴极与所述软开关组件的第一谐振电容Cr1相连，第一谐振电容Cr1的另一端与负载回路的上连接点M相连，第三二极管Dr3的阳极与所述软开关组件的第二谐振电容Cr2相连，第一谐振电容Cr2的另一端与负载回路的上连接点M相连。所述吸收组件包括第一吸收电阻Ri1,第一吸收电容Ci1，第一吸收电阻Ri1与第一吸收电容Ci1串联，并联在第一谐振电感Lr两端。在本实施例中工作过程主要分为以下阶段：工作阶段一(t-t0):保持1电平稳态如图2所示，第一开关管S1、第二开关管S2导通，第三开关管S3、第四开关管S4关断，电流经第一开关管S1到负载，桥臂电压uOM＝0.5Udc。工作阶段二(t0-t1):进入换相前段(S1到S2、D3)如图3所示，第一开关管S1关断，第三开关管S3开通，形成谐振回路和负载回路两条导通回路，此时通过第一开关管S1的电流迅速减小，第一开关管S1两端电压为Udc/2与UCr1之和。而因为Cr2的钳位作用，第一开关管S1两端电压Uds1缓慢上升，第一开关管S1实现了零电压关断，同时第三开关管S3导通导致其两端电压迅速下降，但由于谐振电感Lr限制了第三开关管S3的电流上升速度，实现了第三开关管S3零电压开通。工作阶段二的持续时间：工作阶段三(t1-t2):进入换相后段如图4所示，电容Cr2放电完毕，D4开始导通,与此同时通过谐振电感Lr的电流降为零，由于Udc/2的恒定电压加在谐振电感L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效软开关三电平逆变拓扑结构，其特征在于:包括其逆变组件、二极管组件、软开关组件；所述逆变组件包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4，其中所述第一开关管S1的源极与第四开关管S4的漏极相连并连接至第二开关管S2的源极(负载回路的上连接点M)，所述第一开关管S1的漏极与直流侧正极相连，所述第四开关管S4源极与直流侧负极相连，所述第二开关管S2的漏极与第三开关管S3的漏极相连，并且第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的栅极均接控制驱动信号，通过控制输入的驱动信号可以分别实现第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的开关；所述二极管组件包括四支二极管，其中第一二极管Dr1的阳极与第二二极管Dr2的阴极相连，第二二极管Dr2的阳极与第三二极管Dr3的阴极相连，第三二极管Dr3的阳极与第四二极管Dr4的阴极相连；所述软开关组件包括第一谐振电感Lr,第一谐振电容Cr1,第二谐振电容Cr2，所述第一谐振电感Lr的一端与直流侧中点O相连，第一谐振电感另一端与第二二极管Dr2的阳极相连并连接至第三二极管Dr3的阴极，第二二极管Dr2的阴极与所述软开关组件的第一谐振电容Cr1相连，第一谐振电容Cr1的另一端与负载回路的上连接点M相连，第三二极管Dr3的阳极与所述软开关组件的第二谐振电容Cr2相连，第一谐振电容Cr2的另一端与负载回路的上连接点M相连；所述吸收组件包括第一吸收电阻Ri1,第一吸收电容Ci1，第一吸收电阻Ri1与第一吸收电容Ci1串联，并联在第一谐振电感Lr两端。...

【技术特征摘要】
1.一种高效软开关三电平逆变拓扑结构，其特征在于:包括其逆变组件、二极管组件、软开关组件；所述逆变组件包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4，其中所述第一开关管S1的源极与第四开关管S4的漏极相连并连接至第二开关管S2的源极(负载回路的上连接点M)，所述第一开关管S1的漏极与直流侧正极相连，所述第四开关管S4源极与直流侧负极相连，所述第二开关管S2的漏极与第三开关管S3的漏极相连，并且第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的栅极均接控制驱动信号，通过控制输入的驱动信号可以分别实现第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的开关；所述二极管组件包括四支二极管，其中第一二极管Dr1的阳极与第二二极管Dr2的阴极相连，第二二极管Dr2的阳极与第三二极管Dr3的阴极相连，第三二极管Dr3的阳极与第四二极管Dr4的阴极相连；所述软开关组件包括第一谐振电感Lr,第一谐振电容Cr1,第二谐振电容Cr2，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：易灵芝，姜康宁，胡炎申，刘永江，桂庆忠，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43