[发明专利]具有恒定共模电压的软开关逆变器电路

说明书

本发明公开了一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，包括高频主开关单元、谐振网络单元和续流箝位支路。本发明通过加入带正母线和负母线极性特征的谐振网络，为高频开关管提供以零电压或零电流为技术特征的软开关工作条件；通过加入串联二极管续流支路和直流母线分压支路，并连接两个支路的中点形成续流箝位支路，保证两个谐振网络在开关频率刻度的同步，并实现共模电压箝位。本发明可为高效、高功率密度非隔离光伏并网逆变器和电动汽车变流驱动等应用场合构造丰富的电路拓扑。

技术领域

本发明属于逆变器拓扑技术领域，尤其涉及一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路。

背景技术

非隔离型逆变电路，以光伏并网逆变器为例，具有结构简单、变换效率高和成本低等优点，在业界得到大量应用。如图1所示，是德国Sunways公司发明的硬开关工作方式的逆变器电路(EP1369985A2)，为达到较高的变换效率，其工作开关频率一般较低(10～20kHz)；而且还需要比较大的滤波电感和滤波电容，这样既增加了并网逆变器的体积重量，又增加了成本。

限制非隔离逆变器变换效率提高的最主要因素是开关器件的损耗，包括导通损耗和开关损耗两部分。其中，导通损耗由电路拓扑结构和器件发展水平决定；开关损耗可以通过采用软开关技术来减小甚至消除。经过二十多年的发展，研究人员提出了各种类型的逆变器软开关电路拓扑，根据谐振环节所处的位置可以分为两大类：直流侧谐振型(也称为RDCLI)和交流侧谐振型(也称为RPI)，分别如图2a和2b所示，均由美国Divan教授发明和建立。

一般来说，RDCLI和RPI均可以直接用于隔离型(带高频或低频隔离变压器)逆变器系统的逆变环节；但这些技术还不能直接应用于非隔离光伏并网逆变器(TLI)中。其原因是：在TLI中，由于电池板对地寄生电容的存在，TLI的开关动作可能产生高频时变共模电压作用在寄生电容之上，从而产生共模电流(也称为漏电流或地电流)可能超过允许范围。当应用于电动汽车变流驱动时，高频时变共模电压将增加电机轴系磨损和破坏绕组绝缘。

因此，要想在非隔离逆变系统中采用软开关技术，必须避免产生共模电压，从而增加了软开关电路构造的约束条件。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，实现共模电压箝位，推动逆变器向高效、高功率密度方向发展。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种具有恒定共模电压的软开关逆变器电路，包括高频主开关单元、正母线极性谐振网络、负母线极性谐振网络和续流箝位支路。

所述高频主开关单元包括第一功率开关管和第一功率二极管的并联组合、第二功率开关管和第二功率二极管的并联组合、第三功率开关管和第三功率二极管的并联组合、第四功率开关管和第四功率二极管的并联组合。

所述续流箝位支路包括第一续流箝位二极管和第二续流箝位二极管串联组合、第一母线分压电容和第二母线分压电容串联组合；所述续流箝位支路的第一续流箝位二极管的阳极和第二续流箝位二极管的阴极连接形成中点，并与第一母线分压电容和第二母线分压电容的中点连接；第一母线分压电容的阳极与正母线连接、第二母线分压电容的阴极与负母线连接。

所述正母线极性谐振网络和负母线极性谐振网络由电感、电容、开关管、二极管、电阻等元件构成；所述正母线极性谐振网络有4个连接端口，端口11连接正母线、端口12连接第一功率开关管的发射极或源极、端口13连接第二功率开关管的发射极或源极、端口14连接第一续流箝位二极管的阴极；所述负母线极性谐振网络有4个连接端口，端口21连接负母线、端口22连接第三功率开关管的集电极或漏极、端口23连接第四功率开关管的集电极或漏极、端口24连接第二续流箝位二极管的阳极。

所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管为全控型器件。