用于逆变桥的无源软开关电路制造技术

一种用于逆变桥的无源软开关电路，属于电力电子技术领域，该电路在直流母线之间串联三个电解电容，在桥臂中点与上下桥臂的开关器件之间分别接入一个耦合电感。第三个耦合电感的一端与一个二极管的阳极相连构成串联支路，该支路再与中间的电解电容并联。上下桥臂的开关器件分别并联由一个谐振电感，一个二极管和一个谐振电容构成的支路，在这两个支路的谐振电容与二极管的连接点上再分别接入一个二极管，这两个接入的二极管的另一端分别与中间电解电容的正负极相连。本发明专利技术实现开关器件的零电流开通和零电压关断，减小开关损耗；与无死区补偿的硬开关逆变电路相比，在死区时间内，输出相电流可以通过电解电容所在的支路续流，减小了死区的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，特别涉及一种用于逆变桥的无源软开关电路。
技术介绍
电力电子技术是电子学的一个新型应用领域，其特征是用功率电子开关处理电力的控制与变换；常用的控制方法是斩波控制方式的脉冲宽度调制(PWM)技术。但在通常电力变换器电路中，全控型功率电子器件在PWM控制下进行开关换流，会出现硬开关效应在开关过渡期间，电压或电流会出现高变化率的脉冲峰，同时两者波形有很大交叠区。因此，硬开关必然产生电路损耗大、电磁干扰严重、可靠性降低等缺陷；而且这种缺陷在较高频率下更严重。解决硬开关缺陷的有效方法是附加上软开关电路。其中无源软开关电路较简单，而且不需额外的辅助有源开关器件及其控制电路，也就不易带来成本的提高与可靠性的降低等缺陷。本专利技术涉及用于逆变桥的无源软开关电路。现代电力电子技术的高频大功率化发展使得开关损耗、电磁干扰(EMI)与开关频率、变换效率和市场规范之间的矛盾日益突出，与之相应的软开关技术得到十分密切的关注并具有很大的应用需求，成为近年来电力电子学科长久持续的研究热点和前沿领域。 一些开关功率器件本身工作原理要求严格限制开关时电压和电流变化率，另一些新型器件虽然可以不采用开关辅助手段或仅需简单措施即可正常工作，但从提高变换效率、器件利用率，增强电磁兼容性以及装置可靠性着眼，软开关技术对任何开关功率变换器都是有益的。软开关按照有无辅助开关器件可以分为两大类有源软开关和无源软开关。有源的软开关逆变技术可以使功率开关器件开通之前电压先降为零，关断之前电流先降为零，实现零电压开通和零电流关断，但是需要附加额外的开关元件、辅助电源、检测手段、控制策略等,或改变传统硬开关PWM的工作模式、电路拓扑。导致控制复杂，附加成本较大，可靠性相对减低。无源的软开关逆变技术与之相对照，采用串联电感和并联电容的方法来降低开关器件开通时的电流变化率和关断时的电压变化率，实现零电流开通和零电压关断，适用于所有工作模式、控制策略，附加成本低，工作效率、可靠性较高。因此，可以认为未来软开关电路的发展趋势是以无源软开关拓扑电路为主。
技术实现思路
为了克服现有无源软开关电路技术的结构复杂、成本高的缺点，本专利技术提供一种用于逆3变桥的无源软开关电路，该电路附加元件数量少，结构简单，成本低，无需额外的检测和控 制，且无能量损耗，有利于提高逆变桥工作效率。本专利技术采用的技术方案是在直流母线之间串联了三个电解电容Oa、 C加、Cd2，开关器 件S,和S4分别反并联二极管Di和D4，在开关器件St和S4所在桥臂的中点与Si之间接入耦合电感Zi，在开关器件Si和S4所在桥臂的中点与S4之间接入耦合电感丄4，耦合电感^和丄4的连接点作为桥臂的中点；耦合电感"、"、丄f紧密耦合在同一铁芯上，耦合电感Zf的一 端与电解电容Cdo的负极相连，丄f的另一端与二极管Df的阳极相连，二极管Df的阴极与电解 电容Cdo的正极相连；谐振电容Cn的一端接在耦合电感"与开关器件Si的连接点上，Cn的 另一端与二极管A 的阴极相连，An的阳极与电解电容Cdo的正极相连，二极管Drl的阳极 接在二极管An与谐振电容Cn的连接点上，Drl的阴极与谐振电感Zrl的一端相连，Zn的另一端接在直流母线上；谐振电容Cr2的一端接在耦合电感"与开关器件S4的连接点上，Cr2 的另一端与二极管Aj2的阳极相连，Ai2的阴极与电解电容Cdo的负极相连，二极管A2的阴极接在二极管与谐振电容Cr2的连接点上，￡)r2的阳极与谐振电感Zr2的一端相连，"2的 另一端接在直流母线上。工作时，谐振电感和谐振电容发生谐振，使开关器件关断时，开关器件两端电压为零， 然后使电压从零开始以较低的变化率上升，实现零电压关断，减小了关断损耗。连接在桥臂 上的两个耦合.电感中的剩余能量可以释放到电解电容上，保证开关器件开通时，与开关器件 串联的耦合电感中的电流为零，在耦合电感的作用下，使流过开关器件的电流从零开始以较 低的变化率上升，实现零电流开通，减小了开通损耗。与无死区补偿的硬开关逆变电路相比，在死区时间内，输出相电流可以通过软开关电路 中的储能元件电解电容所在的支路续流，减小了死区的影响，降低了低输出频率时的相电流 畸变率。本专利技术的无源软开关电路元件少，结构简单，成本低，该电路仅包含电感、电容、二极 管等无源器件，不包括辅助有源器件和耗能元件电阻，所以无需额外的检测和控制，并可提 高逆变桥臂的效率。附图说明.图l本专利技术逆变电路图2本专利技术逆变电路的时序波形图3本专利技术逆变电路的各工作模式等效电路图(a)模式1等效电路图；(b)模式2等效电路图；(C)模式2'等效电路图；(d)模式3等效电路图；(e)模式4等效电路图；(f )模式5效电路图；(g)模式5'等效电路图；(h)模式6等效电路图；(i)模式7等效电路图； 图4本专利技术逆变电路的死区的等效电路图；(a)模式1与2之间的死区等效电路(b)模式4与5之间的死区等效电路图5本专利技术逆变电路的控制方式示意图。具体实施方式-一、 电路结构参照图1，本专利技术的用于逆变桥的无源软开关电路在直流母线之间串联了三个电解电容Cdl、 CdD、 Cd2， 二极管D!的阴极与开关器件Si的集电极相连，二极管D!的阳极与开关器件Si的发射极相连，二极管D4的阴极与开关器件S4的集电极相连，二极管D4的阳极与开关器 件S4的发射极相连，在开关器件Si和S4所在桥臂的中点与Si之间接入耦合电感i4，在开关 器件S,和S4所在桥臂的中点与S4之间接入耦合电感丄4，耦合电感A和丄4的连接点作为桥臂的中点。耦合电感&、 "、 Zf紧密耦合在同一铁芯上，Zf的一端与电解电容Cdo的负极相 连，丄f的另一端与二极管Df的阳极相连，二极管Df的阴极与电解电容Cdo的正极相连。谐振电容crl的一端接在耦合电感A与开关器件s,的连接点上，crl的另一端与二极管 An的阴极相连，An的阳极与电解电容Cdo的正极相连，二极管Ai的阳极接在二极管An与谐振电容Cn的连接点上，Ai的阴极与谐振电感丄rl的一端相连，丄n的另一端接在直流母线上。谐振电容Cr2的一端接在耦合电感丄4与开关器件S4的连接点上，Cr2的另一端与二极管 Ao的阳极相连，Aa的阴极与电解电容Cdo的负极相连，二极管A2的阴极接在二极管Al2与 谐振电容G2的连接点上，A2的阳极与谐振电感^2的一端相连，丄r2的另一端接在直流母线 上。二、 工作原理下面分析在一个开关周期内，本专利技术的无源软开关逆变电路的工作原理，它由7个工作 模式组成，图2为本专利技术逆变电路在一个开关周期内的时序波形图，图3为本专利技术逆变电路 的各工作模式等效电路图。(1) 模式l(Wo):初始状态&导通，&关断，电流经过&流向负载，辅助电路不工作。(2) 模式2(fo^):在"时刻，&关断，54导通，回路状态如图3(b)所示。辅助电路开始工作，Cr2和^2开始谐振，当Va2从Fa2(0)变化到-Fcd2时，谐振结束，二极管Al2导通，电路进入工作模式2';同时在模式2中Cdo通过Au， Cn和A所在的支路向负载放电， Cn被充电，当Cn的电压从-^n变化到Fcn(0)时，vLfVCd()，模式2结束。在"时亥U， &a本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于逆变桥的无源软开关电路，其特征在于在直流母线之间串联了三个电解电容Ｃ↓［ｄ１］、Ｃ↓［ｄ０］、Ｃ↓［ｄ２］，二极管Ｄ↓［１］的阴极与开关器件Ｓ↓［１］的集电极相连，二极管Ｄ↓［１］的阳极与开关器件Ｓ↓［１］的发射极相连，二极管Ｄ↓［４］的阴极与开关器件Ｓ↓［４］的集电极相连，二极管Ｄ↓［４］的阳极与开关器件Ｓ↓［４］的发射极相连；在开关器件Ｓ↓［１］和Ｓ↓［４］所在桥臂的中点与Ｓ↓［１］之间接入耦合电感Ｌ↓［１］，在开关器件Ｓ↓［１］和Ｓ↓［４］所在桥臂的中点与Ｓ↓［４］之间接入耦合电感Ｌ↓［４］，耦合电感Ｌ↓［１］和Ｌ↓［４］的连接点作为桥臂的中点；耦合电感Ｌ↓［１］、Ｌ↓［４］、Ｌ↓［ｆ］紧密耦合在同一铁芯上，耦合电感Ｌ↓［ｆ］的一端与电解电容Ｃ↓［ｄ０］的负极相连，Ｌ↓［ｆ］的另一端与二极管Ｄ↓［ｆ］的阳极相连，二极管Ｄ↓［ｆ］的阴极与电解电容Ｃ↓［ｄ０］的正极相连；谐振电容Ｇ↓［ｒ１］的一端接在耦合电感Ｌ↓［１］与开关器件Ｓ↓［１］的连接点上，Ｇ↓［ｒ１］的另一端与二极管Ｄ↓［ｄ１］的阴极相连，Ｄ↓［ｄ１］的阳极与电解电容Ｃ↓［ｄ０］的正极相连，二极管Ｄ↓［ｒ１］的阳极接在二极管Ｄ↓［ｄ１］与谐振电容Ｃ↓［ｒ１］的连接点上，Ｄ↓［ｒ１］的阴极与谐振电感Ｌ↓［ｒ１］的一端相连，Ｌ↓［ｒ１］的另一端接在直流母线上；谐振电容Ｃ↓［ｒ２］的一端接在耦合电感Ｌ↓［４］与开关器件Ｓ↓［４］的连接点上，Ｃ↓［ｒ２］的另一端与二极管Ｄ↓［ｄ２］的阳极相连，Ｄ↓［ｄ２］的阴极与电解电容Ｃ↓［ｄ０］的负极相连，二极管Ｄ↓［ｒ２］的阴极接在二极管Ｄ↓［ｄ２］与谐振电容Ｇ↓［ｒ２］的连接点上，Ｄ↓［ｒ２］的阳极与谐振电感Ｌ↓［ｒ２］的一端相连，Ｌ↓［ｒ２］的另一端接在直流母线上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：褚恩辉，张化光，刘秀翀，王强，侯利民，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]