[发明专利]新型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

本发明提供一种新型双辅助谐振极型三相软开关逆变电路及其调制方法，涉及电力电子技术领域。该电路包括三相主逆变电路和三相双辅助谐振换流电路。各相主逆变电路均包括两个主开关管、两个主二极管；各相双辅助谐振换流电路均包括四个辅助开关管、两个主谐振电容、两个辅助谐振电容、两个辅助谐振电感和六个辅助二极管。本发明提供的新型双辅助谐振极型三相软开关逆变电路及其调制方法，完成了双辅助谐振换流电路的简化和谐振过程的解耦，降低了逆变电路的成本和耦合谐振带来的系统震荡，提高了逆变电路的性能和实用性，同时辅助谐振电容可以完全预充电，使得输出电压变化率完全可控，充分改善该逆变电路在交流传动场合的应用环境。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种新型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

在电力变换技术应用越发频繁的今天，逆变器的应用场所日益扩大，诸如新能源发电、电机驱动、不间断电源等领域均可见到逆变器的身影。随着逆变器的发展，人们对于逆变器的要求越来越高，高频化、小型化、轻量化的逆变器越发被人们所渴望，而软开关技术的引入适逢其会。软开关技术不但可以解决开关频率提高带来的开关损耗问题，还可以降低电磁噪声(EMC)和电磁干扰(EMI)，从而打造一种安全绿色高效的逆变器。自从上个世纪80年代初软开关逆变技术面世以来，各种拓扑结构层出不穷，但众多软开关逆变拓扑结构中辅助谐振极型逆变器以其独立的控制，安全可靠的性能备受世界各国学者青睐，特别是在大功率场合的应用中。

较早提出的辅助谐振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。随后出现的改进辅助谐振极型逆变器，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。

《中国电机工程学报》2013年第33卷第12期和“IEEE Transactions on PowerElectronics”2014年第29卷第3期公开了一种辅助谐振极型逆变器拓扑结构，该逆变器的电路如图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，该逆变器还可以实现辅助开关管中负载电流与谐振电流的分离，降低开关管电流应力使逆变器的功率等级可以进一步提高，使其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：辅助开关管的零电压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，辅助开关管的零电压关断条件将遭到破坏，不能实现可靠的零电压关断。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 Transactions on Power Electronics”2016年第31卷第19期和美国专利“Double auxiliary resonant commutated pole three-phase soft-switching inverter circuit and modulation method”(专利号：US9673730)公开了一种双辅助谐振极型软开关逆变器，该逆变器的电路如图2所示。该逆变器的双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、4个辅助开关管以及10个辅助二极管组成。该逆变器在继承辅助谐振极型逆变器可以将谐振电流与负载电流分离的优点的基础上，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零电压关断所造成的影响，确保辅助开关管可靠的实现零电压关断。