本发明专利技术涉及一种有源钳位三电平零电压软开关变流器，变流器的主电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，增加电路包括第七开关管、第八开关管、第一电感和第二电感，并联连接有两个串联的第五开关管和第六开关管，第二开关管和第三开关管并联连接有两个串联的第七开关管和第八开关管，第一电感和第二电感之间连接滤波电路；第一开关管的集电极连接直流侧的正电平点，第四开关管的的发射极连接直流侧的负电平点，第五开关管和第六开关管的连接点连接直流侧的零电平点。与现有技术相比，本发明专利技术具有减少了主开关管上的开关损耗，性能优良，结构控制简单，所用器件少等优点。点。点。
【技术实现步骤摘要】
一种有源钳位三电平零电压软开关变流器
[0001]本专利技术涉及电能变换装置，尤其是涉及一种有源钳位三电平零电压软开关变流器。
技术介绍
[0002]目前以逆变器(将直流电变换为交流电的装置)、整流器(将交流电变换为直流电的装置)为主要代表的单相电力电子变流器得到了人们越来越多的重视和广泛应用。在高运行效率、高功率密度、低输出谐波、低电磁干扰等方面对变流器装置进行优化与提升。提高变流器功率密度的一个有效方法是提高变流器的开关频率，提高变流器的开关频率可以显著的减小输出滤波器无源器件的体积，从而提高功率密度，但是开关频率的提高会带来两个显著的问题，一是开关次数急剧增加，导致开关损耗急剧增加，变流器效率显著下降，严重时会导致器件的结温过高而导致器件损坏；二是开关管高频的通断会使得变流器的电磁干扰更加严重，严重时会使其驱动电路部分发生串扰，导致整个变流器系统的不正常运行。于是人们研究提出了采用“软开关”技术来解决上面的问题，所谓“软开关”是利用了谐振的原理，在电压或者电流谐振过零的时刻执行开关动作，从而大大减少开关损耗。
[0003]零电压软开关技术是一种新型的软开关技术，其基本的思想是指在主电路开通过程中，通过辅助开关器件触发电感与主开关管上输出电容的谐振，使得主开关管上的电压谐振到零以后再开通，从而实现主开关器件的零电压开通，消除了开关损耗。在关断过程中，由于电路中天然是零电压关断故无需考虑其关断损耗。
[0004]三电平拓扑与传统的两电平拓扑相比具有输出电压高、输出容量大的优势，近些年来由于对中压大功率变流器的需求越来越高，三电平拓扑得到了广泛的研究并且已经广泛地应用于变流器领域。
[0005]目前许多专利技术专利涉及到变流器软开关技术，中国专利技术专利文献CN202110033944.9通过增加零电压转换软开关电路实现开关管的零电压导通，降低开关管损耗，但是该电路存在以下的不足：
[0006]1、该电路虽然实现了零电压开通损耗，但是对于开关管导通损耗并没有实现减少。在器件开关损耗中，关断损耗也占有很大的比例；
[0007]2、该电路虽然只用到一个开关管器件，但是还增加了4个二极管器件，这对整个电路来说，无疑增加了成本与体积。
[0008]中国专利技术专利文献CN101640498B通过增加零电流转换软开关电路实现开关管的零电流关断，降低开关管损耗，但是该电路存在以下的不足：
[0009]1、对于使用MOSFET管作为高频主开关管的变流器电路，由于MOSFET管的开通损耗远大于关断损耗，使用零电流转换软开关电路不能显著减小开关损耗；2、该电路开关管的开通电流以谐振电流的速率上升，开通损耗较大。
技术实现思路
[0010]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种有源钳位三电平零电压软开关变流器，通过增加的两个开关器件与两个电感可以实现所有输出电平转换过程中所有主开关管的零电压开通与关断，大大减少了主开关管上的开关损耗，性能优良，结构控制简单，所用器件少。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]一种有源钳位三电平零电压软开关变流器，包括直流侧的串联的第一支撑电容和第二支撑电容，与支撑电容连接的主电路和与主电路连接的增加电路，主电路包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，增加电路包括第七开关管、第八开关管、第一电感和第二电感，第一开关管和第二开关管以及第三开关管和第四开关管之间并联连接有两个串联的第五开关管和第六开关管，第五开关管的集电极连接第一开关管和第二开关管的连接点，第六开关管的发射极连接第三开关管和第四开关管的连接点，第二开关管和第三开关管并联连接有两个串联的第七开关管和第八开关管，每个开关管上反并联有二极管，第二开关管、第三开关管、第七开关管和第八开关管都并联有寄生输出电容，第二开关管和第三开关管之间连接第一电感，第七开关管和第八开关管之间连接第二电感，第一电感和第二电感之间连接滤波电路；
[0013]第一开关管的集电极连接直流侧的正电平点，第四开关管的的发射极连接直流侧的负电平点，第五开关管和第六开关管的连接点连接直流侧的零电平点。
[0014]进一步地，所述滤波电路为滤波电感。
[0015]进一步地，滤波电感的输入端连接第一电感和第二电感的连接点，滤波电感的输出端连接负载。
[0016]进一步地，所述滤波电路为LC滤波电路。
[0017]进一步地，所述滤波电路为LCL滤波电路。
[0018]进一步地，所述第一电感和第二电感的尺寸、参数和材料相同。
[0019]进一步地，直流侧的的支撑电容连接直流侧电源。
[0020]进一步地，开关管为IGBT。
[0021]进一步地，开关管为MOSFET。
[0022]进一步地，开关管为FET半导体功率器件。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)本专利技术中的第一到第六开关管为主开关管，第七开关管和第八开关管为增加的开关管，增加的开关管、第一电感和第二电感组成增加电路，通过两个开关管与两个电感组成的增加电路实现所有输出电平转换过程中所有主开关管的零电压开通与关断，不需要增加辅助的开关，减少了主开关管上的开关损耗，增加的第一电感和第二电感只有极少量的铜损与铁损。
[0025](2)本专利技术通过利用开关管自身的寄生电容与第一电感和第二电感这两个小电感进行谐振，减小系统体积。
[0026](3)本专利技术的增加的开关管与主开关管相同，也是零电压开通与关断，减少了开关管上的开关损耗。
[0027](4)本专利技术的第二开关管和第三开关管并联连接有两个串联的第七开关管和第八
开关管，在小功率的情况下采用软开关的调制方式，在大功率的情况下采用同步信号的调制方式，实现软开关与同步开关相切换的调制方式，使得变流器在全功率下达到最优的效率。
[0028](5)本专利技术在小功率工况下效率高，解决了在小功率工况下开关损耗占比极高而导致效率低的不良运行状态。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的电路图；
[0030]图2为本专利技术的当负载电压为正时一个开关周期内各个开关管的驱动时序波形图；
[0031]图3为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流示意图；
[0032]图4为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流阶段1示意图；
[0033]图5为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流阶段2示意图；
[0034]图6为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流阶段3示意图；
[0035]图7为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流阶段4示意图；
[0036]图8为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流阶段5示意图；
[0037]图9为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流阶段6示意图；
[0038]图10为本专利技术的负载电压为正时一个开关周期内换流阶段本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种有源钳位三电平零电压软开关变流器，变流器用于单相逆变/整流器电路、三相逆变/整流器电路或多相逆变/整流器电路，变流器包括直流侧的串联的第一支撑电容(C1)和第二支撑电容(C2)，与支撑电容连接的主电路和与主电路连接的增加电路，其特征在于，主电路包括依次串联的第一开关管(T1)、第二开关管(T2)、第三开关管(T3)和第四开关管(T4)，增加电路包括第七开关管(T21)、第八开关管(T31)、第一电感(La)和第二电感(Lb)，第一开关管(T1)和第二开关管(T2)以及第三开关管(T3)和第四开关管(T4)之间并联连接有两个串联的第五开关管(T5)和第六开关管(T6)，第五开关管(T5)的集电极连接第一开关管(T1)和第二开关管(T2)的连接点，第六开关管(T6)的发射极连接第三开关管(T3)和第四开关管(T4)的连接点，第二开关管(T2)和第三开关管(T3)并联连接有两个串联的第七开关管(T21)和第八开关管(T31)，每个开关管上反并联有二极管，第二开关管(T2)、第三开关管(T3)、第七开关管(T21)和第八开关管(T31)都并联有寄生输出电容，第二开关管(T2)和第三开关管(T3)之间连接第一电感(La)，第七开关管(T21)和第八开关管(T31)之间连接第二电感(Lb)，第一电感(La)和第二电感(Lb)之间连接滤波电路；第一开关管(T1)的集电极连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：李锦，范雨顺，党恩帅，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：
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