[发明专利]准方波软开关双向变流电路及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及准方波软开关双向变流电路及其应用，尤其是在双向直流/直流变流器，单相逆变器及多相逆变器应用的准方波软开关双向变流电路。

背景技术

目前，用于双向直流/直流变流器，单相逆变器及多相逆变器的双向变流电路，如图1(a)所示，是典型的硬开关半桥电路，其中S1、S2为功率半导体开关(例如MOSFEI、IGBT、IGCT等)，D1、D2为续流二极管，L0为储能电感。储能电感的一端接半桥的中点K；另一点为整个电路的电感侧输出端A。该电路能够实现双向DC/DC变流器，如图1(b)所示，也能够实现双向DC/AC变流器，如图1(c)所示。图中V1为高压侧电源，V2为低压侧电源；

通常，当S1、D2参与工作，S2、D1不工作时，S1、D2就与L0构成了电能从高压侧送往低压侧的降压电路；当S3、D1参与工作，S1、D3不工作时，S3、D1就与L0构成了电能从低压侧送往高压侧的升压电路。

用两个图1(a)的半桥电路可以组成如图1(d)所示全桥单相DC/AC变流器，如图1(e)所示三相或多相DC/AC变流器，如图1(f)所示三相或多相带零线DC/AC变流器。

图1(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)的电路都工作于硬开关条件，损耗大，尤其是续流二极管的反向恢复损耗往往占据器件损耗的大部分。已有的对图1基本电路的软开关改进电路主要包括直流侧谐振型和负载侧谐振型。

改进的直流侧谐振型软开关电路如图2所示，其直流侧母线上增加了谐振元件Lf、Cf，实现了零电压和零电流开关动作，但其缺点是开关的电压、电流应力均增加一倍以上，不适用于较大功率应用场合。在此基础上延伸出一系列改进型的直流侧谐振型软开关逆变电路，直流侧的谐振元件仍有损耗大的问题，依然不适用于较大功率应用场合。

改进的负载侧谐振型软开关电路如图3所示，也同样有开关电流应力增加的缺点，仍不适用于较大功率应用场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种损耗小、适用于较大功率的准方波软开关双向变流电路及其应用。

本发明的准方波软开关双向变流电路，包括电压型逆变桥和辅助换流电路，电压型逆变桥由四个开关管和并联于各开关管的续流二极管组成，辅助换流电路由两个换流电感与储能电感按照星形连接组成，储能电感的电感值是两个换流电感的电感值之和的至少5倍，星形电路中的两个换流电感的端点分别与电压型逆变桥的两个桥臂的中点相连，储能电感的端点为电流端，电压型逆变桥桥臂两端为电压端。

上述辅助换流电路中的其中一个换流电感的电感值可以为零。

本发明的准方波软开关双向变流电路有以下几种应用方式：

方式1

将准方波软开关双向变流电路的电压端作为高压侧，并且在高压侧两端并联滤波电容，电流端与电压端负端作为低压侧，并且在低压侧两端并联滤波电容，构成双向DC/DC变流器。

方式2

将准方波软开关双向变流电路的电压端作为高压侧，并且在高压侧两端并联由两个电容串联组成的分压电路，电流端与分压电容中点作为低压侧，并且在低压侧两端并联滤波电容，构成双向DC/AC变流器。

方式3

将两套或两套以上所说的准方波软开关双向变流电路的电压端并联作为高压侧，并在高压侧两端并联滤波电容，各电流端为交流相线，构成双向DC/AC单相全桥变流器或多相变流器。

方式4

将两套或两套以上所说的准方波软开关双向变流电路的电压端并联作为高压侧，并在高压侧两端并联由两个电容串联组成的分压电路，各电流端为交流相线，分压电容中点为零线，构成带零线双向DC/AC多相变流器。

本发明的有益效果在于：

准方波软开关双向变流电路比目前常用的半桥电路增加一组桥臂，器件的数量有所增加，但器件承受的电压和电流应力并没有增加。通过准方波的换流电路实现开关的零电压开通和续流二极管的零电流关断，降低变流器的开关损耗，尤其解决了续流二极管反向恢复这一主要损耗来源，可以显著提高变流器的效率。本发明的准方波软开关双向变流电路与传统谐振软开关电路相比，由于电压、电流应力不增加，更加适合较大功率变流器的变流效率提升。

附图说明

图1是硬开关半桥电路及其应用，其中(a)为硬开关半桥电路，(b)为双向DC/DC变流器，(c)为双向DC/AC变流器，(d)为全桥单相DC/AC变流器，(e)为三相或多相DC/AC变流器，(f)为三相或多相带零线DC/AC变流器；