一种桥臂软开关电路及其控制方法与应用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种桥臂软开关电路及其控制方法与应用系统，其中电路包括两个主开关，两个主开关分别与两个二极管反并联，其中一个主开关的输出端与另一个主开关的输入端串接组成一组桥臂，两个主开关组成的支路与由两个电容串接组成的支路并联连接，两个电容的连接处与两个主开关的连接处之间连接有辅助支路，主开关连接处与饱和电感的输入端连接，所述辅助支路由两个带反并联二极管的辅助开关反串联组成；本发明专利技术具有结构简单、损耗少、可靠的优点，含有这种电路的逆变器、变频器有利于工作效率的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开通和关断逆变桥中开关器件的软开关电路其实现方法与应用。
技术介绍
目前，逆变器桥臂的开通和关断方式有两种硬开关和软开关；软开关可分为零电流开通或零电压开通，零电压关断或零电流关断。传统无源软开关在全电流、全电压范围内实现软开关时，空载损耗大。而有源软开关含又有复杂的检测、运算电路等，系统可靠性差；而且电路中连接有辅助电感，因此造成能量的损耗，导致逆变器的工作效率的降低。
技术实现思路
为了克服以上所述现有技术不足，本专利技术提供一种结构简单、损耗少、可靠的桥臂软开关电路以及该电路的控制方法，含有这种电路的逆变器等系统有利于工作效率的提高。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种桥臂软开关电路，其包括两个主开关，两个主开关分别与两个二极管反并联，其中一个主开关的输出端与另一个主开关的输入端串接组成一组桥臂，两个主开关组成的支路与由两个电容串接组成的支路并联连接，两个电容的连接处与两个主开关的连接处之间连接有辅助支路，主开关连接处与饱和电感的输入端连接，所述辅助支路由两个带反并联二极管的辅助开关反串联组成。一种桥臂软开关电路的控制方法，驱动信号驱动主开关和辅助开关开通和关断，包括如下过程1)两个主开关和两个辅助开关处于关断状态，首先其中一个主开关开通，同时或延时一个相应的辅助开关开通，利用饱和电感电流不能突变，实现该主开关的零电流开通；；接着主开关关断，利用辅助支路实现零电压关断；辅助开关在主开关关断后延迟至少一个关断时间才关断；2)另一主开关在前一辅助开关关闭后开通，同时或延时另一辅助开关开通，利用饱和电感电流不能突变，实现该主开关的零电流开通；接着主开关关断，利用辅助支路实现零电压关断；辅助开关在主开关关断后延迟至少一个关断时间才关断；上述1)和2)的过程包括在一个周期内，下一个周期重复上述过程。其中，所述开关为绝缘栅晶体管或场效应管等全控电力半导体开关。本专利技术的有益效果是由于本专利技术主要由开关、二极管、电容和饱和电感组成，因此具有结构简单的优点；而且，由于本专利技术在辅助开关下实现桥臂零电流开通、零电压关断，与传统无源软开关相比，在适合的驱动信号下可以在全电流、全电压范围内实现软开关，空载损耗少；与其它有源软开关相比，省去复杂的检测、运算电路，系统可靠性高，成本低，并省去了辅助电感的电能消耗；有利于逆变器工作效率的提高。另外，所述辅助支路串接有电容，从而降低辅助支路器件的电气要求，减少生产的成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是桥臂软开关电路的一种实施例结构示意图；图2是桥臂软开关电路的另一种实施例结构示意图；图3是应用了桥臂软开关电路的有源全桥软开关DC/DC变换器；图4是图3驱动波形图；图5是用本专利技术制作出来的变频器；图6是图5的a相驱动波形图；图7是辅助开关驱动模块电路原理图；图8是带有辅助开关驱动模块的辅助模块结构示意图；图9是带有辅助开关驱动模块的一体化模块结构示意图。具体实施例方式参照图1，一种桥臂软开关电路，其包括主开关Q1、Q2，主开关Q1、Q2分别与二极管D1、D2反并联，主开关Q1的输出端与主开关Q2的输入端串接组成一组桥臂，主开关Q1的输入端与主开关Q2的输出端之间串接有电容C1、C2，电容C1、C2的连接处A与主开关Q1、Q2的连接处B之间连接有辅助支路，连接处B与饱和电感LS的输入端连接，所述辅助支路由两个带反并联二极管D3、D4的辅助开关Q3、Q4反串联组成。其中，所述主、辅助开关Q1、Q2、Q3和Q4为绝缘栅晶体管IGBT或场效应管DMOS等全控电力半导体器件。实际上可在原有主开关上加装辅助支路，即可实现主开关的由硬开关变为软开关。如果原开关的负载为感性元件，则可省去饱和电感。参照图2，为了降低辅助支路器件的要求，所述辅助支路串接有电容C3，从而降低了生产成本。为了使上述桥臂软开关电路实现桥臂零电流开通、零电压关断，该电路的控制方法如下1)两个主开关Q1、Q2和两个辅助开关Q3、Q4处于关断状态，首先其中一个主开关Q1开通，同时或延时一个相应的辅助开关Q4开通，利用饱和电感LS电流不能突变，实现该主开关Q1的零电流开通；接着主开关Q1关断，利用辅助支路实现零电压关断；辅助开关Q4在主开关Q1关断后延迟至少一个关断时间toff才关断。2)另一主开关Q2在前一辅助开关Q4关闭后开通，同时或延时另一辅助开关Q3开通，利用饱和电感LS电流不能突变，实现该主开关Q2的零电流开通；接着主开关Q2关断，利用辅助支路实现零电压关断；辅助开关Q3在主开关Q2关断后延迟至少一个关断时间toff才关断。上述1)和2)的过程包括在一个周期内，下一个周期重复上述过程。参照图3和图4所示本实施例为由两个相同的桥臂软开关电路组成的有源全桥软开关DC/DC变换器，其可在合理的多种驱动信号下实现软开关工作模式如脉宽调制方式、有限双极控制方式和移相控制方式等。但是脉宽调制方式在死区期间由于杂散、分布电容和电感而引起寄生振荡。而有限双极控制方式和移相控制方式都可以在全负载范围(空载、满载、短路)内实现软开关。现再介绍一种反有限双极控制方式，使其实现工作在软开关模式，而且减少死区期间由于杂散、分布电容和电感而引起寄生振荡。其工作过程如下t0时刻，Q11开通(零电流和零电压开通)，消除死区期间的寄生振荡；t1时刻，Q11’开通；t2时刻，Q44开通(零电流开通)，电流由+E1→Q11→LS’→T→Q44→-E1；t3时刻，Q44’开通；t4时刻，Q11、Q44关(零电压关断)，电流由+E1→C1’C3’→Q11’→D33’→LS’→T→Q44’→D22’→C2’C4’→-E1；t5时刻，Q11’、Q44’关，电流由-E1→D33→LS’→T→D22→+E1；t6时刻，Q33开通(零电流和零电压开通)，消除死区期间的寄生振荡；t7时刻，Q33’开通；t8时刻，Q22开通(零电流开通)，电流由+E1→Q22→T→LS’→Q33→-E1；t9时刻，Q22’开通；t10时刻，Q22、Q33关(零电压关断)，电流由+E1→C2’C4’→Q22’→D44’→T→LS’→Q33’→D11’→C1’C3’→-E1；t11时刻，Q22’、Q33’关，电流由-E1→D44→T→LS’→D11→+E1； t12，Q11开通，新一个周期的工作开始，重复上一周期的工作。在上面的过程中，Q11’比Q11、Q44’比Q44、Q22’比Q22、Q33’比Q33延迟至少一个关断时间toff才关断，才能确保Q11、Q44、Q22、Q33实现零电压关断。另外，Q11’、Q22’、Q33’、Q44’要工作在零电流关断，必须有工作电流大于临界电流。其中，如果Q11、Q33、Q22、Q44的死区时间不少于3μs，Q11’、Q33’、Q22’、Q44’的死区时间不大于1.6μs，使Q11、Q11’，Q44、Q44’，Q22、Q22’，Q33、Q33’同时开通，从而确保Q11’、Q44’比Q11、Q44迟至少1.4μs关断，Q22’、Q33’比Q22、Q33迟1.4μs关断。也就是要使Q11’、Q44’比Q11、Q44迟1个关断时间toff，Q22’、Q33’比Q22、Q33迟1个关断时间toff，以实现软开关模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥臂软开关电路，其包括主开关（Ｑ１）、（Ｑ２），主开关（Ｑ１）、（Ｑ２）分别与二极管（Ｄ１）、（Ｄ２）反并联，主开关（Ｑ１）的输出端与主开关（Ｑ２）的输入端串接组成一组桥臂，主开关（Ｑ１）的输入端与主开关（Ｑ２）的输出端之间串接有电容（Ｃ１）、（Ｃ２），其特征在于：电容（Ｃ１）、（Ｃ２）的连接处（Ａ）与主开关（Ｑ１）、（Ｑ２）的连接处（Ｂ）之间连接有辅助支路，连接处（Ｂ）与饱和电感（ＬＳ）的输入端连接，所述辅助支路由两个带反并联二极管（Ｄ３）、（Ｄ４）的辅助开关（Ｑ３）、（Ｑ４）反串联组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈小龙，
申请(专利权)人：陈小龙，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]