[发明专利]电磁场发射机及其零电压切换软开关系统

权利要求书

1.一种电磁场发射机，该发射机包括：三相380V发电机组；三相半控整流桥；作为第一级逆变桥的主功率逆变桥；高频变压器；高频整流桥；LC滤波电路；和第二级逆变桥。

2.根据权利要求1所述的电磁场发射机，其中所述主功率逆变桥包括S1、S2、S3、S4四个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，以及包括有源主电流源网络和有源辅助电流源网络两个子系统。

3.根据权利要求1或2所述的电磁场发射机，其中在所述主功率逆变桥中，由S1、S2组成的桥臂为超前桥臂，由绝缘栅双极型晶体管S1a、S2a组成的桥臂为超前辅助桥臂，由S3、S4组成的桥臂为滞后桥臂，由绝缘栅双极型晶体管S3a、S4a组成的桥臂为滞后辅助桥臂。

4.根据权利要求1或2所述的电磁场发射机，所述主功率逆变桥还包括：与S1、S2、S3、S4每个晶体管分别对应的谐振电容Cr1～Cr4和分别对应的二极管D1～D4，谐振电感L3，以及隔值电容C3；所述谐振电容Cr1～Cr4与谐振电感L3和隔值电容C3一起构成谐振回路。

5.根据权利要求4所述的电磁场发射机，所述主功率逆变桥还包括：谐振电感L1、L2，谐振电容C1、C2、Cr1a、Cr2a、Cr3a、Cr4a，绝缘栅双极型晶体管S1a、S2a、S3a、S4a，以及二极管D5、D6、D7、D8；其中L1、C1与S1a、Cr1a、S2a、Cr2a、D5、D6构成了超前桥臂的辅助电流源网络，L2、C2与S3a、Cr3a、S4a、Cr4a、D7、D8构成了滞后桥臂的辅助电流源网络，分别辅助两个桥臂以实现零度电压开关即有源软开关。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电磁场发射机，其中所述绝缘栅双极型晶体管中的灌封材料为有机硅材料。

7.一种实现权利要求1-6中任一项所述的电磁场发射机的零电压切换软开关功能的方法，该方法包括：在输出功率超过5kW时，S1、S4导通，使变压器原边电流通过回路S1-＞A-＞C3-＞L3-＞B-＞S4-＞S1，此时S2关断，谐振电容Cr2两端电压等于直流母线电压；当S1关断后，由于谐振电感L3的存在，使得变压器原边回路中的电流方向保持不变，此时Cr1充电、Cr2放电，直到Cr1电压上升到母线，Cr2电压下降为0，随后D2自然导通，电流回路为D2-＞A-＞C3-＞L3-＞B-＞S4-＞D2；在这个过程中，由于S1导通时电容Cr1被短路，其电压为零，且电容电压不能突变，使得S1关断时为零电压关断，又由于二极管D2的钳位作用，S2导通时等同于短路状态，两端电压几乎为零即忽略二极管的导通压降，因此S2为零电压开通；然后将S4关断，同理，由于此时谐振电容Cr4两端电压为零，电容电压不能发生突变，使得S4也为零电压关断；在S4关断后，回路中的电流会给Cr3放电，Cr4充电，直到Cr3电压下降到零，Cr4电压上升到，二极管D3自然导通，电流回路为S2-＞A-＞C3-＞L3-＞B-＞D3-＞S2，D3的导通将S3电压钳位在零，所以S3零电压开通，由于电压反向，变压器原边A到B方向电流逐渐减小到零后，电流开始反向增加，直到最大值，接下来就开始另半周期的动作，其后半周期过程与上述上半周期的过程相同。

8.一种实现权利要求1-6中任一项所述的电磁场发射机的零电压切换软开关功能的方法，该方法包括在输出功率小于5kW时：分别给超前桥臂和滞后桥臂加入辅助电流源网络即超前辅助桥臂和滞后辅助桥臂，工作过程为，在S4关断的前一刻，开启S3a，此时在滞后桥臂和滞后辅助桥臂中的电流流向为：S3a-＞D7-＞C2-＞L2-＞B-＞S4-＞S3a，然后S4关断，由于电感L2中电流方向不能突变，此时电感L2中的电流与原边电流共同流入节点B，同时给谐振电容Cr3放电，Cr4充电，此时辅助回路中电路流向为：S3a-＞D7-＞C2-＞L2-＞B-＞D3-＞S3a，又因为二极管D8的截止作用，使得L2中的储能只会流向B，在变压器原边电流断续时，L2中的电流保证了S3的零电压开通；同理，当S3关断前一刻，开启S4a，此时电流流向为：S3-＞B-＞L2-＞C2-＞D8-＞S4a-＞S3，电感L2中电流方向与上一状态相反，反向截止二极管D7的存在，使得L2中的电流和变压器主回路的电流同时流出节点B，然后将S3关断，此时辅助回路中电路流向为：L2-＞C2-＞D8-＞S4a-＞D4-＞B-＞L2，保证了S4的零电压开通；另一半周期中，超前桥臂与超前辅助桥臂工作过程与此相同。