[发明专利]一种三相无源无损软开关逆变电路

说明书

本发明提供一种三相无源无损软开关逆变电路，涉及电力电子技术领域。该电路由三相电路组成，每一相电路的结构相同且并联在正负直流母线间，每相上下桥臂开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作。本发明所述的三相无源无损软开关逆变电路不使用变压器、耦合电感以及分压电容，因此消除了现有无源软开关逆变电路的附加体积大、电路复杂度增加、二极管电压应力高、分压不平衡以及变压器或耦合电感的设计与制作复杂等缺点，控制简单，可以可靠地实现所有开关管的软开关，减小开关损耗，同时能够将辅助缓冲电路中的缓冲能量无损恢复，消除环流损耗，进一步提高电能变换的效率。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种三相无源无损软开关逆变电路。

背景技术

电力电子技术是基于电路原理和设计理论，应用分析和开发工具，同时使用功率半导体器件，对电能形式进行高效变换和控制的技术。逆变器是一类重要的电力电子电路，在新能源、电机拖动等领域已经被广泛应用。目前，轻小化的逆变装置越来越受到人们的青睐，而轻量化与小型化的直接手段是提高开关频率，因此高频化已成为逆变器发展的重要趋势。但随着开关频率的不断提高，开关损耗也将成正比增加。此外，高频产生的噪声污染和电磁干扰(EMI)也越来越引起人们的关注。针对以上问题，软开关技术被引入到逆变器中。

目前，软开关逆变器主要分为两大类：一类是有源软开关逆变器，其辅助缓冲电路中使用了有源开关器件，增加了缓冲能量的控制维度，从而可以实现近乎无损的软开关效果，但是有源开关器件的使用也带来了附加成本高与控制复杂的问题；另一类是无源软开关逆变器，与有源拓扑不同的是其辅助缓冲电路中仅使用了无源元件，通过串联电感与并联电容的方式实现了开关管的零电流开通(Zero Current Switching,ZCS)与零电压关断(Zero Voltage Switching,ZVS)，因此其在附加成本和可靠性方面具有较大优势。

早期的无源软开关逆变器仅注重开关管的软开关实现，在辅助缓冲电路中使用电阻直接将缓冲能量耗散，因此使得逆变器整体效率的提高并不明显。随后出现了无源无损软开关逆变器，如变压器式无源软开关逆变器、耦合电感式无源软开关逆变器，这些逆变器均可以实现缓冲能量的无损恢复，但是由于这些逆变器的辅助缓冲电路中包含变压器或耦合电感，因此增加了附加体积与电路复杂度，同时存在变压器二次侧二极管电压应力高以及退磁时间长的问题，变压器与耦合电感的设计与制作复杂且损耗大，因此也不利于这些逆变器的产品化。截至目前，适用于逆变器的无源辅助缓冲电路仍在继续研究中。

在2004年的“IEEE Transactions on Power Electronics”第19卷第2期中公开了一种无源无损软开关逆变电路，该电路的拓扑如图1所示，该拓扑的三相辅助缓冲电路共用一个能量恢复变压器，因此降低了辅助缓冲电路的体积以及电路的复杂度，同时可以保持较低的电压应力，然而该拓扑利用了电路中的杂散电感作为缓冲电感，故不能实现开关管的可靠ZCS开通，同时也没有解决变压器设计与制作复杂和损耗大等问题。

在2009年授权的一项中国发明专利(专利号ZL200910010240.9)以及2011年的“IEEE Transactions on Power Electronics”第26卷第2期中公开了一种无源无损软开关逆变电路，该电路的拓扑如图2所示，该拓扑通过使用耦合电感缓解了变压器所带来的各种问题，不仅能够可靠实现ZCS开通，同时能够提高低频输出时的波形质量，然而为了对电压应力进行箝位和解决磁复位时间长的问题，在直流母线间又并联了三个大的电解质电容，因而带来了附加体积大以及分压不平衡的问题。