[发明专利]一种双辅助谐振极型三相软开关逆变电路及其调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种双辅助谐振极型三相软开关逆变电路及其调制方法。

背景技术

电力电子技术是通过应用电路原理和设计理论以及分析开发工具，实现对电力半导体器件的有效使用，从而使电能得到高效变换和控制的一门技术。由于现代电力电子装置愈来愈趋向小型化和轻量化，因此逆变器高频化已成为其发展的重要趋势。提高工作频率有助于逆变器提高性能，减小体积。但随着开关频率的不断提高，开关损耗也将成比例地增加。另外，噪声污染和电磁干扰(EMI)问题也变得日益突出。针对以上问题，软开关技术被引入逆变器。随着软开关逆变技术的不断发展，各种软开关逆变器拓扑结构先后出现。在众多软开关逆变拓扑中，辅助谐振极型逆变器没有增加主功率开关器件原有的电压和电流应力，更适用于大功率逆变场合，因此受到世界各国相关领域研究人员的普遍关注。

较早提出的有源辅助谐振变换极型逆变器需使用两个很大的电解质电容，给逆变器带来了中性点电位变化的问题，并且需要单独的检测电路和逻辑控制电路。随后出现的改进的辅助谐振变换极型逆变器，如变压器辅助逆变器、耦合电感逆变器、三角形或星形谐振吸收逆变器等，要么需要复杂的耦合电感或变压器及相应的磁通复位电路，要么三相谐振电路之间相互耦合，使主电路与控制策略都变得很复杂。到目前为止，在众多的三相辅助谐振变换极型软开关逆变器拓扑回路中，同一桥臂的两个主开关管共用一套辅助谐振元件，辅助元件数量比较少，因此适合于中小功率场合。

《仪器仪表学报》2009年第30卷第6期、《中国电机工程学报》2013年第33卷第12期和“IEEE Transactions on Power Electronics”2014年第29卷第3期公开了一种新型辅助谐振极型逆变器拓扑结构，该逆变器的电路图如图1所示，该辅助谐振极型逆变器在三相电路的每一相均设置一套辅助谐振换流电路，每一相辅助谐振换流电路由2个主谐振电容、2个辅助谐振电容、2个辅助谐振电感、2个辅助开关管以及4个辅助二极管组成。该逆变器避免了传统谐振极型逆变器使用的两个大的电解质电容，具有三相辅助谐振换流电路独立可控，无需检测负载电流，在全负载范围内均能实现开关管的软开关，各元件的电压应力不大于直流输入电压等优点。此外，该逆变器同一桥臂的两个主开关管分别各自有一套辅助谐振元件，使逆变器的功率等级可以得到进一步提高，因此该逆变器更适用于大功率场合。但该辅助谐振极型逆变器仍然存在不足：辅助开关管的ZVS关断是在辅助谐振换流电路的寄生电感和寄生电容为零的前提下实现的，然而在实际应用中，由于配线形态引入的寄生电感和寄生电容的影响，辅助开关管的ZVS关断条件将遭到破坏，不能实现可靠的ZVS关断。具体来说，辅助开关管与辅助谐振电容的距离以及辅助开关管与直流电源的距离越长，由回路配线所带来的寄生电感的影响越大，这种影响随着装置的大容量化尤为明显，也是未来实际应用中必须解决的关键问题。

针对以上问题，“IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics(ISIE)”2014年公开了“一种双辅助谐振极型软开关逆变器”(“Research on An Active Double Auxiliary Resonant Commutated Pole Soft-switching Inverter”)，该逆变器的拓扑结构如图2所示(为叙述方便，以下称该拓扑结构为原拓扑)。该辅助谐振极型逆变器辅助谐振换流电路由2个主谐振电容、2个第一辅助谐振电容、2个第二辅助谐振电容、2个第一辅助谐振电感、2个第二辅助谐振电感、2个辅助开关管以及8个辅助二极管组成。该逆变器拓扑回路可有效避免因回路配线形态所带来的回路寄生电感和寄生电容对辅助开关管的ZVS关断所造成的影响，确保辅助开关管可靠的实现ZVS关断。

然而，原拓扑仍然存在不足：为了实现开关管的软开关，辅助谐振换流电路要流过谐振电流，则实际流过辅助谐振换流电路的电流为谐振电流与换流时刻负载电流之和。因此，在全负载范围内，即使在无负载情况下，辅助谐振换流电路都要流过较大的谐振电流，由此所产生的导通损耗已成为限制辅助谐振极型逆变器效率提高的重要原因，也是未来实际应用中必须解决的关键问题。

发明内容