一种软开关逆变电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种软开关逆变电路及其控制方法，其软开关逆变电路包括控制电路、直流电源、分压电路和逆变桥，分压电路与逆变桥之间连接有谐振辅助电路，谐振辅助电路由两个辅助开关V和Tr、一个单相整流桥、一个电容Cr、1个二极管D和1个电感Lr构成，单相整流桥由二极管Dr1、Dr2、Dr3和Dr4构成，谐振辅助电路与控制电路相接并由控制电路发出的信号dV和dTr控制辅助开关V和Tr的导通和关断；其软开关逆变电路的控制方法为当逆变桥的功率器件需要从一种开关状态转换到另一种开关状态时，控制电路发出控制信号合理控制辅助开关V、Tr的导通和关断。本发明专利技术克服了现有技术附加成本高、控制复杂及逆变器功率密度低等不足，提高了逆变器的功率密度，降低了电磁干扰，控制方法简单、易于实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于逆变器
，尤其是涉及。
技术介绍
目前，大多数桥式逆变器采用硬开关脉冲宽度调制(PWM)技术，在PWM逆变器中， 输出变压器、滤波电感和散热器的体积和重量占主要部分，为了减小电力电子装置的体积 与重量，提高逆变器的功率密度，必须提高逆变器功率开关器件的开关频率。但是高频化 后，功率开关器件的开关损耗急剧增大，导致功率开关器件的结温急剧上升，阻止了功率变 换电路的高频化；而且高频化后功率开关器件很大的电压、电流变化率(du/dt、di/dt)将 产生较大的电磁干扰(EMI)，影响电路的正常运行。同时，功率开关器件导通或关断瞬间的 电压和电流峰值可能使功率开关器件的运行轨迹超出安全工作区(SOA)，导致功率开关器 件的损坏。采用缓冲电路虽然可降低功率开关器件的开关损耗，但其将损耗转移到阻容元 件消耗，系统效率低。因此，人们研究谐振软开关来解决上述问题。所谓“软开关技术”，就 是通过谐振，使功率开关器件在其电压为零或电流为零时导通或关断，避开功率开关器件 开关时电压与电流的重叠，从而降低du/dt、di/dt和开关损耗。但是较早提出的谐振直流环节逆变器存在着开关电压应力较高、谐振电感损耗较 大、及离散脉宽调制引起的谐波等问题；而准谐振直流环节逆变器需要在电感电流中预先 设定一个或几个和辅助开关控制有关的阈值，谐振的发生才能达到预期的工作过程，这些 阈值通常情况与负载电流有关，这就给电路在全负载范围内的实现带来了困难，控制比较 复杂。《电工技术学报》2001年第16卷第6期公开了“一种新的直流母线并联谐振零电 压过渡三相PWM电压源逆变器”。如图11所示，该技术在直流环节添加辅助谐振电路8，该 电路在传统的直流环节逆变器电路中直流母线上增加了一个由直流母线开关&、两个反方 向串联的辅助开关\和&、一个辅助二极管VD及谐振电感Lr和电容Cr构成的谐振网络， 所有增加的辅助开关均带有续流二极管，逆变桥功率开关器件需要动作时通过合理控制开 关器件SA、SB, Sl,使得直流环节电压谐振到零，直流环节零电压凹槽期间逆变桥功率开关器 件完成开关动作，开关过程结束后使得直流环节电压谐振回升。中国专利200610105134. 5公开了 “一种谐振直流环节软开关逆变电路”，如图12 所示，该技术在直流电源1和逆变桥4之间添加谐振辅助电路二 9，包括3个辅助开关、6个 二极管、3个电容和1个电感；二极管D2、D3、D4、D5依次串联，D2的阴极接直流母线Pl极， D2的阳极和电容Cl的一端以及D3的阴极相连，D5的阴极和电容C2的一端以及D4的阳极 相连，D5的阳极接直流母线的N极；Dl的阴极和电容C2的另一端相接，然后接直流母线的 P2极，Dl的阳极接直流母线的N极；辅助开关V2、V3串联，串联点与电感Lr 一端相连，同 时与D3的阳极、D4的阴极相连，V2的另一端接直流母线Pl极，V3的另一端接直流母线的 N极；电感Lr的另一端和电容Cl的另一端相连后接直流母线的P2极；辅助开关Vl两端接 二极管D6两端，D6的阴极接直流母线的P1，D6的阳极接直流母线的P2极；电容Cr两端接于直流母线的P2极和N极；Pl极接直流电源的正极；P2极接逆变桥的正端；N极接直流电 源的负极和逆变桥的负端；控制电路连接辅助开关V1、V2、V3。这两项技术既克服了传统PWM逆变器开关损耗大、电磁干扰严重的缺点，又具有 如下优点①所有的开关均为零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)；②谐振自然发生，不 需要设定阈值；③逆变桥中的续流二极管也是软关断，克服了反向恢复问题；④谐振过程 所用的时间短；⑤可以实现PWM控制方法等。但这些技术仍然存在不足谐振辅助电路中需要增加三个辅助开关，同时，三个辅 助开关需要三套驱动单元和驱动电源，增加了系统附加成本和控制的复杂程度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种附加成本 低、易于工程实现，提高逆变器的工作效率和功率密度，降低电磁干扰，简化控制方法的软 开关逆变电路。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种软开关逆变电路及其控制 方法，其特征在于包括控制电路、直流电源和将直流电转换成交流电的逆变桥，所述直流 电源的输出端接分压电路且通过直流母线给逆变桥供电，所述逆变桥与控制电路相接，其 特征在于所述分压电路与逆变桥之间连接有谐振辅助电路，所述谐振辅助电路由两个辅 助开关V和Tr、一个单相整流桥、一个电容Cr、l个二极管D和1个电感Lr构成，所述单相 整流桥由二极管Drl、Dr2、Dr3和Dr4构成，所述单相整流桥的一个交流端与分压电路的中 点相接，所述单相整流桥的另一个交流端与直流母线的P极相接，所述单相整流桥的一个 直流输出端与辅助开关的一端相接，所述单相整流桥的另一个直流输出端与电感Lr的 一端相接，所述辅助开关Tr的另一端与电感Lr的另一端相接，所述辅助开关V的一端和二 极管D的阴极均与直流电源的正极相接，所述辅助开关V的另一端和二极管D的阳极均与 直流母线的P极相接，所述电容Cr的两端分别与直流母线的P极和直流母线的N极相接， 所述直流母线的P极与逆变桥的正端相接，所述直流母线的N极与直流电源的负极和逆变 桥的负端相接；所述谐振辅助电路与控制电路相接并由控制电路发出的信号dV和dTr控制 辅助开关V和Tr的导通和关断。上述的一种软开关逆变电路，其特征在于所述辅助开关V和Tr是全控型器件。上述的一种软开关逆变电路，其特征在于所述辅助开关V和Tr是功率晶体管、绝 缘栅双极晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。上述的一种软开关逆变电路，其特征在于所述二极管D为快恢复二极管或高频二极管。上述的一种软开关逆变电路，其特征在于所述电容Cr由并联在直流母线的P极 和直流母线的N极之间的多个电容构成。上述的一种软开关逆变电路，其特征在于所述逆变桥为H桥或多相桥。本专利技术还提供了一种简单实用、效率高、可靠性高的软开关逆变电路的控制方法， 其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、当逆变桥中的功率开关器件需要从一种开关状态转换到另一种开关状态 时，控制电路发出控制信号提前导通辅助开关Tr并同时关断辅助开关V，电感Lr和电容Cr发生谐振，使直流母线P极的电压谐振下降，同时，电感Lr上的电流谐振上升，电容Cr上的 电压谐振下降，当电容Cr上的电压下降到直流电源电压的一半时，电感Lr上的电流开始下 降；步骤二、当直流母线P极的电压下降至零时，电感Lr上的电流也下降到零，此时， 控制电路发出控制信号使辅助开关关断；步骤三、直流母线P极的电压保持为零，逆变桥中的功率开关器件在控制电路的 控制下完成软开关动作；步骤四、逆变桥中的功率开关器件开关动作完成后，控制电路发出控制信号使辅 助开关Tr导通，电感Lr和电容Cr发生谐振，使直流母线P极的电压谐振上升；步骤五、当直流母线P极的电压上升至直流电源电压时，控制电路发出控制信号 使辅助开关V导通，电感Lr上的电流迅速下降；步骤六、当电感Lr上的电流下降到零后，控制电路发出控制信号使辅助开关Tr关 断，逆变桥中的功率开关器件完成从一种开关状态到另一种开关状态的转换。本专利技术与现有技术相比具有以下优点1、谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软开关逆变电路，其特征在于：包括控制电路（６）、直流电源（１）和将直流电转换成交流电的逆变桥（４），所述直流电源（１）的输出端接分压电路（２）且通过直流母线给逆变桥（４）供电，所述逆变桥（４）与控制电路（６）相接，其特征在于：所述分压电路（２）与逆变桥（４）之间连接有谐振辅助电路（３），所述谐振辅助电路（３）由两个辅助开关Ｖ和Ｔｒ、一个单相整流桥、一个电容Ｃｒ、１个二极管Ｄ和１个电感Ｌｒ构成，所述单相整流桥由二极管Ｄｒ１、Ｄｒ２、Ｄｒ３和Ｄｒ４构成，所述单相整流桥的一个交流端与分压电路（２）的中点相接，所述单相整流桥的另一个交流端与直流母线的Ｐ极相接，所述单相整流桥的一个直流输出端与辅助开关Ｔｒ的一端相接，所述单相整流桥的另一个直流输出端与电感Ｌｒ的一端相接，所述辅助开关Ｔｒ的另一端与电感Ｌｒ的另一端相接，所述辅助开关Ｖ的一端和二极管Ｄ的阴极均与直流电源（１）的正极相接，所述辅助开关Ｖ的另一端和二极管Ｄ的阳极均与直流母线的Ｐ极相接，所述电容Ｃｒ的两端分别与直流母线的Ｐ极和直流母线的Ｎ极相接，所述直流母线的Ｐ极与逆变桥（４）的正端相接，所述直流母线的Ｎ极与直流电源（１）的负极和逆变桥（４）的负端相接；所述谐振辅助电路（３）与控制电路（６）相接并由控制电路（６）发出的信号ｄＶ和ｄＴｒ控制辅助开关Ｖ和Ｔｒ的导通和关断。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺虎成，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：87