具有恒定共模电压的软开关逆变器电路制造技术

本发明专利技术公开了一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，包括高频主开关单元、谐振网络单元和续流箝位支路。本发明专利技术通过加入带正母线和负母线极性特征的谐振网络，为高频开关管提供以零电压或零电流为技术特征的软开关工作条件；通过加入串联二极管续流支路和直流母线分压支路，并连接两个支路的中点形成续流箝位支路，保证两个谐振网络在开关频率刻度的同步，并实现共模电压箝位。本发明专利技术可为高效、高功率密度非隔离光伏并网逆变器和电动汽车变流驱动等应用场合构造丰富的电路拓扑。

Soft-switching Inverter Circuit with Constant Common-mode Voltage

The invention discloses a soft switching inverter circuit with constant common mode voltage, which comprises a high frequency main switching unit, a resonant network unit and a continuous current clamping branch. By adding a resonant network with polarity characteristics of positive and negative buses, the invention provides a soft switching working condition with zero voltage or zero current as technical characteristics for high frequency switching tubes; by adding a series diode continuous current branch and a DC bus voltage dividing branch, and connecting the midpoints of the two branches to form a continuous current clamping branch, the synchronization of the two resonant networks in the switching frequency scale is ensured. Common mode voltage clamping is realized. The invention can construct abundant circuit topologies for high efficiency and high power density non-isolated photovoltaic grid-connected inverters and electric vehicle converter drive applications.

【技术实现步骤摘要】
具有恒定共模电压的软开关逆变器电路
本专利技术属于逆变器拓扑
，尤其涉及一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路。
技术介绍
非隔离型逆变电路，以光伏并网逆变器为例，具有结构简单、变换效率高和成本低等优点，在业界得到大量应用。如图1所示，是德国Sunways公司专利技术的硬开关工作方式的逆变器电路(EP1369985A2)，为达到较高的变换效率，其工作开关频率一般较低(10～20kHz)；而且还需要比较大的滤波电感和滤波电容，这样既增加了并网逆变器的体积重量，又增加了成本。限制非隔离逆变器变换效率提高的最主要因素是开关器件的损耗，包括导通损耗和开关损耗两部分。其中，导通损耗由电路拓扑结构和器件发展水平决定；开关损耗可以通过采用软开关技术来减小甚至消除。经过二十多年的发展，研究人员提出了各种类型的逆变器软开关电路拓扑，根据谐振环节所处的位置可以分为两大类：直流侧谐振型(也称为RDCLI)和交流侧谐振型(也称为RPI)，分别如图2a和2b所示，均由美国Divan教授专利技术和建立。一般来说，RDCLI和RPI均可以直接用于隔离型(带高频或低频隔离变压器)逆变器系统的逆变环节；但这些技术还不能直接应用于非隔离光伏并网逆变器(TLI)中。其原因是：在TLI中，由于电池板对地寄生电容的存在，TLI的开关动作可能产生高频时变共模电压作用在寄生电容之上，从而产生共模电流(也称为漏电流或地电流)可能超过允许范围。当应用于电动汽车变流驱动时，高频时变共模电压将增加电机轴系磨损和破坏绕组绝缘。因此，要想在非隔离逆变系统中采用软开关技术，必须避免产生共模电压，从而增加了软开关电路构造的约束条件。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，实现共模电压箝位，推动逆变器向高效、高功率密度方向发展。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，包括高频主开关单元、正母线极性谐振网络、负母线极性谐振网络和续流箝位支路。所述高频主开关单元包括第一功率开关管和第一功率二极管的并联组合、第二功率开关管和第二功率二极管的并联组合、第三功率开关管和第三功率二极管的并联组合、第四功率开关管和第四功率二极管的并联组合。所述续流箝位支路包括第一续流箝位二极管和第二续流箝位二极管串联组合、第一母线分压电容和第二母线分压电容串联组合；所述续流箝位支路的第一续流箝位二极管的阳极和第二续流箝位二极管的阴极连接形成中点，并与第一母线分压电容和第二母线分压电容的中点连接；第一母线分压电容的阳极与正母线连接、第二母线分压电容的阴极与负母线连接。所述正母线极性谐振网络和负母线极性谐振网络由电感、电容、开关管、二极管、电阻等元件构成；所述正母线极性谐振网络有4个连接端口，端口11连接正母线、端口12连接第一功率开关管的发射极或源极、端口13连接第二功率开关管的发射极或源极、端口14连接第一续流箝位二极管的阴极；所述负母线极性谐振网络有4个连接端口，端口21连接负母线、端口22连接第三功率开关管的集电极或漏极、端口23连接第四功率开关管的集电极或漏极、端口24连接第二续流箝位二极管的阳极。所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管为全控型器件。所述正母线极性谐振网络包括第一辅助功率开关管和第一辅助功率二极管并联组合、第二辅助功率开关管和第二辅助功率二极管并联组合、第一辅助谐振电容、第一辅助谐振电感；所述负母线极性谐振网络包括第三辅助功率开关管和第三辅助功率二极管并联组合、第四辅助功率开关管和第四辅助功率二极管并联组合、第二辅助谐振电容、第二辅助谐振电感。所述正母线极性谐振网络包括第一辅助功率开关管和第一辅助功率二极管并联组合、第一阻断功率开关管和第一阻断功率二极管并联组合、第二阻断功率开关管和第二阻断功率二极管并联组合、第一辅助谐振电容、第二辅助谐振电容、第一辅助谐振电感；所述负母线极性谐振网络包括第二辅助功率开关管和第二辅助功率二极管并联组合、第三阻断功率开关管和第三阻断功率二极管并联组合、第四阻断功率开关管和第四阻断功率二极管并联组合、第三辅助谐振电容、第四辅助谐振电容、第二辅助谐振电感。所述软开关逆变器电路还包括由第五功率开关管和第五功率二极管并联组合、第六功率开关管和第六功率二极管并联组合组成的续流回路。一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路的开关时序控制方法，正半周，第二功率开关管和第三功率开关管一直关断，第一功率开关管和第四功率开关管具有相同的驱动时序，并按单极性SPWM方式高频动作；负半周，第一功率开关管和第四功率开关管一直关断，第二功率开关管和第三功率开关管具有相同的驱动时序，并按单极性SPWM方式高频动作。有益效果：本专利技术通过加入两组由开关管、电容、电感、二极管等组成的谐振网络以及续流箝位二极管构成的辅助支路，配合开关控制时序，可以实现第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4的零电流或零电流开关特性，从而可以实现非隔离变流系统的高效、高功率密度。附图说明图1是现有技术的一种非隔离光伏并网逆变电路示意图；图2是现有软开关逆变器结构；图2a是直流侧谐振型；图2b是交流侧谐振型；图3是本专利技术的具有恒定共模电压的软开关逆变器电路结构图；图4是本专利技术的高频开关管的开关控制时序图；图5是本专利技术实施例一的主电路示意图；图6是本专利技术实施例一的开关管的开关控制时序图；图7是实施例一的工作波形图；图7a是第一功率开关管S1的驱动波形、集-射端电压波形和集电极电流波形；图7b是第一辅助功率开关管S1a的驱动波形、漏-源端电压波形和漏极电流波形；图7c是续流箝位二极管的阴-阳端电压波形和阳极电流波形；图8是本专利技术实施例二的主电路示意图；图9是本专利技术实施例二的开关管的开关控制时序图；图10是实施例二的工作波形图；图10a是第一功率开关管S1的驱动波形、漏-源端电压波形和漏极电流波形；图10b是第一辅助功率开关管S1a的驱动波形、漏-源端电压波形和漏极电流波形；图10c是续流箝位二极管的阴-阳端电压波形和阳极电流波形。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图3所示，本专利技术所述的具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，包括高频主开关单元1、正母线极性谐振网络2、负母线极性谐振网络3和续流箝位支路4。高频主开关单元1由第一功率开关管S1和第一功率二极管D1的并联组合、第二功率开关管S2和第二功率二极管D2的并联组合、第三功率开关管S3和第三功率二极管D3的并联组合、第四功率开关管S4和第四功率二极管D4的并联组合构成。第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4为全控型器件。正母线极性谐振网络2一般由电感、电容、开关管、二极管、电阻等元件构成；负母线极性谐振网络3一般由电感、电容、开关管、二极管、电阻等元件构成。正母线极性谐振网络2有4个连接端口，端口11连接正母线、端口12连接第一功率开关管S1的发射极或源极、端口13连接第二功率开关管S2的发射极或源极、端口14连接第一续流箝位二极管Dfc1的阴极；负母线极性谐振网络3有4个连接端口，端口21连接负母线、端口2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，其特征在于，包括高频主开关单元(1)、正母线极性谐振网络(2)、负母线极性谐振网络(3)和续流箝位支路(4)。

【技术特征摘要】
1.一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，其特征在于，包括高频主开关单元(1)、正母线极性谐振网络(2)、负母线极性谐振网络(3)和续流箝位支路(4)。2.根据权利要求1所述的具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，其特征在于，所述高频主开关单元(1)包括第一功率开关管(S1)和第一功率二极管(D1)的并联组合、第二功率开关管(S2)和第二功率二极管(D2)的并联组合、第三功率开关管(S3)和第三功率二极管(D3)的并联组合、第四功率开关管(S4)和第四功率二极管(D4)的并联组合。3.根据权利要求2所述的具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，其特征在于，所述续流箝位支路(4)包括第一续流箝位二极管(Dfc1)和第二续流箝位二极管(Dfc2)串联组合、第一母线分压电容(Cdc1)和第二母线分压电容(Cdc2)串联组合；所述续流箝位支路(4)的第一续流箝位二极管(Dfc1)的阳极和第二续流箝位二极管(Dfc2)的阴极连接形成中点，并与第一母线分压电容(Cdc1)和第二母线分压电容(Cdc2)的中点连接；第一母线分压电容(Cdc1)的阳极与正母线连接、第二母线分压电容(Cdc2)的阴极与负母线连接。4.根据权利要求3所述的具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，其特征在于，所述正母线极性谐振网络(2)和负母线极性谐振网络(3)由电感、电容、开关管、二极管、电阻等元件构成；所述正母线极性谐振网络(2)有4个连接端口，端口11连接正母线、端口12连接第一功率开关管(S1)的发射极或源极、端口13连接第二功率开关管(S2)的发射极或源极、端口14连接第一续流箝位二极管(Dfc1)的阴极；所述负母线极性谐振网络(3)有4个连接端口，端口21连接负母线、端口22连接第三功率开关管(S3)的集电极或漏极、端口23连接第四功率开关管(S4)的集电极或漏极、端口24连接第二续流箝位二极管(Dfc2)的阳极。5.根据权利要求2所述的具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，其特征在于，所述第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)为全控型器件。6.根据权利要求4所述的具有恒定共模电压的软...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖华锋，王政，花为，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32