[发明专利]基于SVPWM的谐振直流环节三相逆变器的调制方法

说明书

本发明提供一种基于SVPWM的谐振直流环节三相逆变器的调制方法，采用四段式发波方式，并通过负载相电流的极性调整开关序列，同时将零矢量下的直流母线电压保持为0，从而将谐振直流环节三相逆变器的换流电路在1个开关周期的动作频率保持为1次的基础上，将主功率开关管在每个开关周期的准ZVS关断次数由负载自适应换流控制的3次降低为1次；再者通过增加分流死区时间，避免了换流电路的谐振电流与负载电流的叠加，从而最大化的抑制了换流开关管的电流应力。本发明在保证所有开关管都实现软开关动作和保持换流电路低动作频率的基础上，降低了主功率开关管的关断损耗，并避免了换流电路的谐振电流与负载电流的叠加，从而有效的提升了逆变器的效率。

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种基于SVPWM的谐振直流环节三相逆变器的调制方法。

背景技术

近年来，软开关逆变器被广泛应用在电机驱动、感应加热、新能源并网等各种场合当中。通过在硬开关逆变器中引入换流电路，软开关技术既可以通过降低开关损耗，来实现逆变器的高频化，还可以通过降低开关管的dv/dt和di/dt，来抑制逆变器的电磁干扰(EMI)。因此，软开关技术是提升逆变器性能的一类重要途径。

谐振直流环节逆变器是一类重要的软开关逆变器。它的换流电路将直流母线电压周期性的归零，从而实现了主功率开关管的零电压条件。在1989年，谐振直流环节逆变器由美国威斯康星大学的D.M.Divan(迪万)博士提出。它的拓扑结构十分简单，但是开关管的电压应力较高，并且无法实现脉冲宽度调制(简称PWM)。为了解决这些问题，D.M.Divan(迪万)博士进一步提出了有源钳位谐振直流环节逆变器；开关管的电压应力被限制到直流电源电压和钳位电容电压之和，并实现了PWM。

在此之后，并联谐振直流环节逆变器被提出，开关管的电压应力进一步被限制到直流电源电压。然而，现有的并联谐振直流环节逆变器的拓扑结构依然存在着各种各样的问题。有并联谐振直流环节逆变器的换流电路需要利用输入端的分裂电容进行谐振，会造成中性点电位变化的问题；有的换流电路使用了耦合电感或变压器，增加了设计的难度；有的换流电路需要实时检测谐振电感的电流值，增加了检测与控制的难度。

中国发明专利CN106533224A于2017年3月22日公开了“一种新型谐振直流环节软开关逆变器及其调制方法”，提出了一种新型并联谐振直流环节逆变器。逆变器的拓扑结构如图1所示，其换流电路包括母线开关管S_L，第一换流开关管S_a1，第二换流开关管S_a2，主换流电容C_L，第一辅助换流电容C_a1，第二辅助换流电容C_a2，第一换流电感L_a1，第二换流电感L_a2，第一辅助二极管D_a1，第二辅助二极管D_a2，第三辅助二极管D_a3和第四辅助二极管D_a4。该并联谐振直流环节逆变器既不利用输入分裂电容进行谐振，也不使用耦合电感或变压器，更不需要检测谐振电感电流，因此有很高的研究价值。

然而，如图3所示，对于采用传统的正弦脉冲宽度调制(简称SPWM)的谐振直流环节逆变器，在一个开关周期内，逆变桥的六个主功率开关管各需要动作一次，因此换流电路需要动作六次来制造六个零电压凹糟，以实现所有主功率开关管的软开关。这既限制了逆变器开关频率和运行效率的提高，又降低了输出波形的质量，还增加了高频共模电压。

如图4所示，虽然上述中国发明专利CN106533224A中提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器的调制方法，将换流电路在每个开关周期的动作次数从六次降低到四次，但是其动作频率依然较高。因此，让换流电路在每个开关周期动作一次，使得换流电路和逆变桥有相同的工作频率，是十分重要的。