一种三电平全桥软开关变流电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三电平全桥软开关变流电路及其控制方法，包括：输入电容C1、输入电容C2、三电平全桥逆变电路、变压器和输出电路，在所述三电平全桥逆变电路和变压器原边之间的连接线路上串联饱和电感与隔直电容。本发明专利技术提出了一种三电平全桥软开关变流电路的控制方法，该方法简单有效，不仅可以配合变流电路实现软开关的效果，还可以简化驱动电路设计复杂度，仅需要两个脉冲变压器及配套驱动电路，无需额外的隔离电源，即可完成8个开关管的驱动隔离及驱动功率传输。

A three level full bridge soft switching inverter circuit and its control method

The invention discloses a three level full bridge soft switching converter circuit and its control method: C1 input capacitor, C2 input capacitor, three level full bridge inverter circuit, the transformer and the output circuit, connecting line between the primary side of the three level full bridge inverter circuit and transformer in series with saturated inductor and vibration capacitor. The invention provides a control method of three level full bridge soft switching converter circuit, the method is simple and effective, not only can achieve soft switching effect with variable flow circuit, but also can simplify the drive circuit design complexity, requires only two pulse transformer and auxiliary driving circuit, without the need for additional isolated power supplies can be. Complete isolation drive 8 switches and power transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种三电平全桥软开关变流电路及其控制方法
本专利技术涉及DC-AC-DC变流电路领域，尤其涉及一种三电平全桥软开关变流电路及其控制方法。
技术介绍
传统的两电平变流电路，具有拓扑结构简单、易于控制等优点，广泛应用于各种DC-AC-DC变流电路中。但两电平变流电路也存在着开关管耐压值要求高，开关应力大，频率提升困难等问题，在高电压输入场合，受到了较大限制。三电平逆变电路由于开关管承受电压值为两电平逆变电路的一半，开关应力小，更容易实现高频，在高电压输入场合下，应用优势明显。中国专利01127182“零电压零电流开关混合全桥型三电平直流变换器”，虽然属于三电平逆变电路，但是有一半为两电平桥臂，因此同样具有两电平变流电路的缺点。中国专利1866713A“一种三电平零电压开关直流变换器及其控制方法”，虽然逆变电路各桥臂均为三电平形式，但是每个开关管关断时软开关的实现均需要依赖其两端的并联电容或寄生电容。当仅使用寄生电容时，由于容量较小，因此软开关效果差。当开关管两端并联大的电容时，在空载或轻载状态下，会出现并联电容直接通过开关管放电的情况，影响器件的可靠性，并且开关管并联电容后会降低电路的可控性，在小功率输出时尤为明显。此外，由于要实现中点电位平衡，该逆变电路控制逻辑较为复杂，明显增加了控制电路的器件数量和成本，而器件数量的增多又会降低电路的可靠性。开关管动态电压钳位是每个三电平DC-AC-DC变流电路必须要解决的问题，在钳位二极管两端增加飞跨电容可以实现开关管动态电压钳位的效果，但会增加电路的复杂程度。采用特定的控制方式，同样可以实现开关管动态电压钳位，但通常伴有控制复杂，开关管需要单独可控，驱动电路设计复杂等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决上述问题，提供了一种三电平全桥软开关变流电路及其控制方法，该变流电路及其控制方法能够实现在开关管上不并联电容时，达到较好的软开关状态。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案，包括：本专利技术公开了一种三电平全桥软开关变流电路，包括：输入电容C1、输入电容C2、三电平全桥逆变电路、变压器和输出电路，在所述三电平全桥逆变电路和变压器的原边之间的连接线路上串联饱和电感与隔直电容。进一步地，还包括：在三电平桥臂的各开关管的两端分别并联电容，用于进一步地降低开关管的关断损耗。但需要增加额外电路来保证在轻载和空载状态下，并联电容不会直接通过开关管放电。进一步地，还包括：每一个三电平桥臂的两个钳位二极管串联后，分别在其串联电路的两端并联飞跨电容。进一步地，还包括：在其中一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感；或者，在每一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感。电路工作过程中，通过输入电容C1和输入电容C2与均压电感之间进行无功能量交换，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。本专利技术公开了一种三电平全桥软开关变流电路的控制方法，假定其中一个三电平桥臂的开关管自上而下依次为：Q1、Q2、Q3、Q4；另一个三电平桥臂的开关管自上而下依次为：Q5、Q6、Q7、Q8；在一个PWM调制周期内，控制开关管Q1、Q8与开关管Q4、Q5为互补导通，开关管Q2、Q7与开关管Q3、Q6为互补导通；控制开关管Q1、Q2、Q7、Q8在同一脉冲时间段内导通和关断，其中，Q1、Q8超前关断，Q2、Q7滞后关断；控制开关管Q3、Q4、Q5、Q6在同一脉冲时间段内导通和关断，其中，Q4、Q5超前关断，Q3、Q6滞后关断。进一步地，Q1、Q8或Q4、Q5超前关断后，在隔直电容的阻挡作用下，回路中的电流在不断衰减；当电流小到饱和电感的饱和电流值时，饱和电感退出饱和，电感值增大，回路中的电流基本衰减为零，实现当前脉冲时刻开关管的零电流关断。本专利技术进一步公开了一种焊机，包括了上述的任一种三电平全桥软开关变流电路；和/或，采用上述的任一种三电平全桥软开关变流电路的控制方法。本专利技术进一步公开了一种电解水电源，包括了上述的任一种三电平全桥软开关变流电路；和/或，采用上述的任一种三电平全桥软开关变流电路的控制方法。本专利技术进一步公开了一种充电机，包括了上述的任一种三电平全桥软开关变流电路；和/或，采用上述的任一种三电平全桥软开关变流电路的控制方法。本专利技术有益效果：本专利技术提供了一种新型三电平全桥软开关变流电路，在开关管上不并联电容时，也能实现较好的软开关状态。本专利技术利用Q1、Q4、Q5、Q8可以受到输入电容C1或C2电压钳位的特性，实现各开关管动态电压钳位的效果。同时，配合饱和电感、隔直电容实现软开关的效果。本专利技术可以采用均压电感的形式实现中点电位平衡，相比较通过控制开关管脉宽来实现中点电位平衡的传统方式，该方法不用增加额外的控制负担，明显降低了控制电路的复杂程度,经实验验证，是一种低成本、低能耗、高可靠性的三电平逆变电路中点电位平衡方法。本专利技术三电平全桥软开关变流电路的控制方法简单有效，大大简化驱动电路设计复杂度，仅需要两个脉冲变压器及配套驱动电路，无需额外的隔离电源，即可完成8个开关管的驱动隔离及驱动功率传输。经实验验证，本专利技术一种三电平全桥软开关变流电路及其控制方法能够实现与理论分析一致的效果，是一种控制简单方便，能够有效实现各开关管动态电压钳位的三电平软开关拓扑及控制方法。附图说明图1是本专利技术一种三电平全桥软开关变流电路及其控制方法的典型拓扑结构原理图；图2是本专利技术实施例2的电路原理图。在各开关管两端分别并联电容；图3是本专利技术实施例3的电路原理图。嵌位二极管D1、D2串联后，以及D3、D4串联后，其两端分别并联飞跨电容；图4是本专利技术三电平全桥软开关变流电路实现中点电位平衡的方式一电路原理图；图5是本专利技术三电平全桥软开关变流电路实现中点电位平衡的方式二电路原理图；图6是本专利技术各开关管导通、关断时序图；图7为本专利技术典型拓扑结构下工作模式1阶段等效电路及电流回路图；图8为本专利技术典型拓扑结构下工作模式2阶段等效电路及电流回路图；图9为本专利技术典型拓扑结构下工作模式3阶段等效电路及电流回路图；图10为本专利技术典型拓扑结构下工作模式4阶段等效电路及电流回路图；图11为本专利技术典型拓扑结构下工作模式5阶段等效电路及电流回路图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。实施例一本专利技术公开了一种三电平全桥软开关变流电路，如图1所示，包括：输入分压电容、逆变电路、饱和电感、隔直电容、变压器和输出电路。输入分压电容由两个电容C1、C2串联而成。逆变电路由两个三电平半桥桥臂组成，开关管Q1～Q4依次串联，和钳位二极管D1、D2组成一个桥臂，开关管Q5～Q8依次串联，和嵌位二极管D3、D4组成另外一个桥臂。开关管Q1、Q2的连接点与嵌位二极管D1的阴极相连，开关管Q3、Q4的连接点与嵌位二极管D2的阳极相连，嵌位二极管D1的阳极和D2的阴极相连，其连接点与分压电容C1、C2的中点相连。开关管Q5、Q6的连接点与嵌位二极管D3的阴极相连，开关管Q7、Q8的连接点与嵌位二极管D4的阳极相连，嵌位二极管D3的阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平全桥软开关变流电路，包括：输入电容C1、输入电容C2、三电平全桥逆变电路、变压器和输出电路，其特征在于，在所述三电平全桥逆变电路和变压器的原边之间的连接线路上串联饱和电感与隔直电容。

【技术特征摘要】
1.一种三电平全桥软开关变流电路，包括：输入电容C1、输入电容C2、三电平全桥逆变电路、变压器和输出电路，其特征在于，在所述三电平全桥逆变电路和变压器的原边之间的连接线路上串联饱和电感与隔直电容。2.如权利要求1所述的一种三电平全桥软开关变流电路，其特征在于，包括：在三电平桥臂的各开关管的两端分别并联电容。3.如权利要求1所述的一种三电平全桥软开关变流电路，其特征在于，包括：每一个三电平桥臂的两个钳位二极管串联后，分别在其串联电路的两端并联飞跨电容。4.如权利要求1或者2或者3所述的一种三电平全桥软开关变流电路，其特征在于，包括：在其中一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感；或者，在每一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感。5.一种三电平全桥软开关变流电路的控制方法，假定其中一个三电平桥臂的开关管自上而下依次为：Q1、Q2、Q3、Q4；另一个三电平桥臂的开关管自上而下依次为：Q5、Q6、Q7、Q8；在一个PWM调制周期内，控制开关管Q1、Q8与开关管Q4、Q5为互补导通，开关管Q2、Q7与开关管Q3、Q6为互...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光先，李昊，边乐民，张甫国，刘月，
申请(专利权)人：山东奥太电气有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37