CN105720855B - 电磁场发射机及其零电压切换软开关系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁场发射机及其零电压切换软开关系统。所述发射机包括：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。所述零电压切换软开关系统不仅可以降低电磁发射机工作时绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗，提升了系统的工作效率，而且可以抑制过高的电压、电流尖峰，减小了对外的电磁干扰，同时可以保证电磁发射机宽动态工作范围，扩回路中电流的连续性，无论是在重载、轻载还是重载轻载来回切换时，均能够保证系统安全稳定运行。

Description

电磁场发射机及其零电压切换软开关系统

技术领域

本发明涉及一种电磁场发射机，特别涉及一种大功率电磁场发射机，进一步涉及用于该大功率电磁场发射机的零电压切换软开关系统。

背景技术

地球物理人工源电磁场勘探，首先需要依靠发射机向地下发射电磁场信号。

提高电磁发射机的输出功率在一定程度上可以增大勘探深度，输出功率越大，同等灵敏度的接收机，接收到的深部感应信号越强。而发射机的输出功率的增大必然导致功率开关管承受的电压、电流增大，若仅使用普通的脉宽调制技术，不但会导致开关损耗的大幅增加，而且会使器件所承受的电压应力、电流应力大大增加，严重会烧毁器件。同时，不同的地质条件有不同的导电率，电磁发射机还要具备宽动态的工作范围，即能够在不同地质条件下，从陆地表层到深层均能够有效探测。针对面前面临的实际需求，要求发射机开关的功耗小，可抑制了过高的电压、电流尖峰，切换动态范围小。

目前，电磁发射机的主流结构是采用两级逆变，第一级为功率输出部分，其本质为一个大功率开关电源。第二级为信号输出部分。在现有技术中，发射机系统的整体结构通常如附图1所示，其主要由7个部分组成，分别是：1三相380V发电机组；2三相半控整流桥；3第一级逆变桥；4高频变压器；5高频整流桥；6LC滤波电路；7第二级逆变桥。系统的输入电压为三相380V交流电，通过三相半控整流桥后，将交流电转变成530V直流电，然后经过第一级逆变桥逆变后，直流电又转换成20KHz的高频交流方波，该方波信号通过高频变压器升压、高频整流桥整流，LC滤波后，转换成高压直流信号，最后经过第二级逆变桥产生不同频率的方波信号对大地负载发射。

CN103308950A公开了一种多功能的电磁发射仪，包括系统控制单元、波形合成及保护单元、功率驱动电路、H桥电路、发射单元、显示单元、同步模块和存储单元，系统控制单元含有微控制器，波形合成及保护单元含有现场可编程门阵列(FPGA)，四个功率MOSFET管组成H桥发射电路，A/D采集单元由霍尔电压传感器和微控制器内部A/D组成，显示单元由电阻式触摸屏组成。本发明用微控制器和FPGA实现了多种波形的产生，波形数据在SD卡中可任意修改与添加，电流值数据存储在U盘内及实时在触摸屏上显示。

CN202798170U公开了一种瞬变电磁发射装置和使用该瞬变电磁发射装置的瞬变电磁发射系统，该瞬变电磁发射装置包括全桥开关电路和光耦隔离输出电路，所述全桥开关电路包括有时序信号输入端和负载接入端，所述光耦隔离输出电路包括受控信号输入端和时序信号输出端，所述时序信号输出端与时序信号输入端连接。

CN202631750U公开了一种用于地质勘探的瞬变电磁发射装置，包括发射天线和用于组成桥臂的开关，其特征在于所述发射天线由小电感量发射天线和大电感量发射天线组成，所述开关有三组，其中一组是公共组，三组开关与小电感量发射天线和大电感量发射天线分别组成全桥发射电路。

CN204906195U公开了一种电磁发射机，所述电磁发射机包括：发电机组，三相整流桥、滤波电容、一级逆变桥、谐振电感、隔值电容、高频变压器、高频整流桥、LC滤波电路以及二级逆变桥；其中，所述发电机组与所述三相整流桥连接，用于输出交流电到所述三相整流桥；所述三相整流桥的输出端与所述滤波电容连接，用于将输入的三相交流电整流后形成直流电输出到所述滤波电容，所述滤波电容的输出端与所述一级逆变桥连接，用于将接收的直流电进行滤波后输出到所述一级逆变桥，所述一级逆变桥的输出端与所述高频变压器的原边连接，用于将接收到的滤波后的直流电逆变产生交流方波并输出到所述高频变压器的原边；所述高频变压器的副边与所述高频整流桥连接，用于将接收的交流方波升压后输出到所述高频整流桥，所述高频整流桥的输出端与所述LC滤波电路连接，用于将所述升压后的交流方波整流形成直流方波，所述LC滤波电路与所述二级逆变桥连接，用于将接收的直流方波滤波形成直流电，所述二级逆变桥将接收的直流电进行逆变后产生不同的方波并输出到输出端口；所述谐振电感与所述隔值电容串联在所述一级逆变桥与所述高频变压器的原边之间的线路上，所述一级逆变桥的每个功率器件上并联有滤波电容，所述滤波电容、谐振电感与隔值电容形成谐振回路，用于控制所述一级逆变桥；所述电磁发射机还包括与所述一级逆变桥的滞后桥臂并联的辅助电流源网络，用于调节所述一级逆变桥的滞后桥臂在开通和关断过程中的电压。

CN1445915A公开了一种用于动车组的软开关隔离变换器，用于隔离变压的开关变压器的次级经整流器件直接连至输出滤波电容上，在常规的高频开关变换器的拓扑结构中，用可控恒流源作功率开关，通过这样的电路结构的简化，提供一种没有输入、输出扼流电感的软开关隔离变换器，在启动过程中、稳态工作时和负载短路保护时都不对输入电压源等产生冲击电流，而且输出整流器件、可控恒流源中的功率管都是软开关，从而降低开关损耗和电磁干扰。

本领域技术人员知晓的是，提高电磁发射机功率是增大人工源电磁法勘探深度有效算途径之一，但是发射机的输出功率的增大必然使功率开关管承受的电压、电流增大，会导致开关损耗的大幅增加。在上述文献和其它现有技术中，都没有同时很好解决的大功率电磁发射机功率的开关损耗和工作范围宽度问题。

本领域需要一种使开关损耗得到有效降低且具备宽动态的工作范围的大功率电磁发射机及用于其的零电压切换软开关系统。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明人经过深入研究，充分结合用于地球物理人工源电磁场勘探的大功率电磁场发射机的特点，提供了以下技术方案。

在本发明的一方面，通过将现有技术中的第一级逆变桥巧妙地设计成主功率逆变桥，提供了一种电磁场发射机，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。

优选地，参考图2，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。更优选地，在主功率逆变桥中，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。进一步优选地，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，和隔值电容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。更进一步优选地，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；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。

在所述系统中，C3的引入还可以消除变压器原边电流中的直流分量，防止高频变压器偏磁现象的发生。

在一个特别优选的实施方式中，所述绝缘栅双极型晶体管中的灌封材料为有机硅材料。进一步地，所述有机硅材料为通过如下方法制备的有机硅材料，该方法包括：

(1)将100份乙烯基硅油和0.02～1份催化剂加入双行星动力混合机内，在自转速度200～1000r/min、公转速度10～20r/min的条件下搅拌0.5～1h制得组份A；

(2)将75～90份乙烯基硅油、5～20份扩链剂、0.5～5份交联剂和0.1～1份抑制剂加入双行星动力混合机内，在自转速度200～1000r/min、公转速度10～20r/min条件下搅拌0.5～1h制得组份B；

(3)将A、B按摩尔比1∶3～3∶1混合均匀后真空脱泡，然后在恒温干燥箱中固化即得有机硅材料。

如本领域技术人员通常所理解，所述份数以重量份计。

优选地，所述乙烯基硅油为下式(1)或(2)所示的硅油或其组合物：

ViMe₂SiO(Me₂SiO)_nSiMe₂Vi (式1)

Me₃SiO(Me₂SiO)_n(MeViSiO)_mSiMe₃ (式2)

其中，n等于20-60，优选30-50；Vi为乙烯基。优选为其二者的组合物，二者的比例优选为1∶9～1∶5(重量)。

特别优选地，在步骤(1)中，还向乙烯基硅油中加入5-30份，优选10-20重量份的Al₂O₃粉末。Al₂O₃粉末的粒径优选为10μm。本发明人经过研究发现，从5重量份用量起，灌封胶的热导率首先随着Al₂O₃用量的增加而快速提高，然而，当其用量超过30份后增幅减缓，经研究发现，这主要是因为随着Al₂O₃用量的增加，Al₂O₃颗粒之间的距离减少，传热阻力减少，使得热导率迅速增加，而当Al₂O₃用量达到一定程度后，体系中已形成了有效的导热网络，此时再增加Al₂O₃的用量，灌封材料的热导率增速变缓，并且明显降低灌封材料的黏度和力学性能。经测试发现，对于本发明的有机硅材料体系，当Al₂O₃用量为20份时，灌封材料的热导率就可以达到0.748W/(m·K)，比不加导热填料Al₂O₃的有机硅灌封材料提高了约280％。以较低的用量实现了多项性能的提高，这样的效果是先前所没有预料到的。

优选地，所述催化剂为Pt催化剂。

所述Pt催化剂优选是通过如下方法制备的催化剂：在烧瓶中加入1g H₂PtCl₆·6H₂O，然后加入二乙烯基四甲基二硅氧烷的30mL异丙醇溶液(二乙烯基四甲基二硅氧烷含量为30重量％)，再加入0.1g Na₂CO₃，在约80℃下搅拌1.5小时，减压蒸除异丙醇，过滤，得到含铂的乙烯基硅氧烷配合物溶液，即为Pt催化剂。

所述抑制剂可以为马来酸烯丙基酯。

优选地，所述扩链剂为下式(3)所示的扩链剂：

其中，x等于10-30，优选20；y等于5-20，优选10。

优选地，所述交联剂为下式(4)所示的交联剂：

其中，x等于10-40，优选30；y等于10-30，优选20。

通过本发明方法制得的有机硅灌封材料的粘度根据GB/T 2794-1995中旋转粘度计法测试；锥入度根据GB/T 269-1991 1/4进行测试；适用期根据GB/T 7123.1-2002进行测试。

在本发明中，制得的有机硅材料呈无色透明、粘结性好、适用期长、锥入度为约89。该有机硅材料灌封于IGBT模块中时，经振动、高低温存储、机械冲击、稳态湿热及温度循环等测试，在IGBT模块上施加6500V电压，其局部放电量远小于10pC，适用期高达180min。通过IGBT封装厂家的各项环境因数评估试验，可完全可应用于6500V以上的IGBT模块的绝缘保护。

在本发明的另一方面，提供了一种实现上述电磁场发射机的零电压切换软开关功能的方法，参考图2，该方法包括在输出功率超过5kW时：导通S1、S4，使变压器原边电流通过回路S1-＞A-＞C3-＞L3-＞B-＞S4-＞S1，此时S2关断，使得谐振电容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，所以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，接下来就开始下半周期的动作，下半周期过程与上述上半周期过程相同。

在本发明的又一方面，提供了一种实现上述电磁场发射机的零电压切换软开关功能的方法，参考图2，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。因此通过该发明的有源辅助电流源网络实现了电磁发射机全功率范围(0kW至40kW)内的软开关，同时减小了谐振电感的电感体积和发热量，大大减小了系统占空比的丢失情况。

在本发明的又一方面，提供了一种大功率电磁场发射机零电压切换软开关系统，参考图2，该系统包括作为第一级逆变桥的主功率逆变桥，该主功率逆变桥包括S1、S2、S3、S4四个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，还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；在主功率逆变桥中，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；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，和隔值电容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；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；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。

优选地，该系统中的所述绝缘栅双极型晶体管中的灌封材料为前文所述的有机硅材料。

在本发明中，通过上述系统，不仅可以降低电磁发射机工作时绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗，提升了系统的工作效率；而且可以抑制过高的电压、电流尖峰，减小了对外的电磁干扰。同时，可以保证电磁发射机宽动态工作范围，扩回路中电流的连续性，无论是在重载、轻载还是重载轻载来回切换时，均能够保证系统安全稳定运行。

附图说明

图1是根据现有技术的发射机系统的整体结构图1；

图2是根据本发明的主功率逆变桥分系统功率拓扑结构图；

图3是根据本发明实施例1的移相全桥驱动波形时序图；

图4是根据本发明实施例1的超前桥臂与滞后桥臂的驱动波形图；

图5是根据本发明实施例1的滞后桥臂与滞后辅助桥臂的驱动波形图；

图6是硬开关下高频变压器副边电压波形图；

图7是根据本发明实施例1的有源软开关下高频变压器副边波形图；

图8是变压器原边电流断续时AB两点间的电压波形图；

图9根据本发明实施例1的加入有源软开关时AB两点间的电压波形图。

具体实施方案

下面结合以下实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参考图3，为了实现第一级逆变桥的ZVS软开关，在程序控制上，该逆变桥的IGBT采用移向全桥控制模式，该驱动信号由DSP芯片TMS320F28335产生，超前桥臂，超前辅助桥臂，滞后桥臂，滞后辅助桥臂的波形时序如图3所示。

该有源软开关技术主要运用于第一级逆变桥部分，也就是功率拓扑图中的第3部分。图4为实际的滞后桥臂与滞后辅助桥臂的驱动波形图，在图5中，3通道为S3的驱动波形，4通道为S4的驱动波形，1通道为S3a的驱动波形，2通道为S4a的驱动波形。超前桥臂与超前辅助桥臂的驱动波形与图5类似。

如图6所示，为使用硬开关技术(采用模块1之前)，三相220VAC输入、8kW输出的条件下，2通道为高频变压器副边电压波形图，从图中可以看出，此时电压尖峰高达700V左右。

如图7所示，为使用有源软开关技术(采用模块1之后)，三相380VAC输入、25kW输出的条件下，高频变压器副边波形图。2通道为变压器副边电压波形，3通道为变压器原边电压波形，4通道为变压器原边电流波形。

从图7与图6的2通道波形对比中可以看出，使用该发明的有源软开关技术后，IGBT承受的电压电流应力显著减小，进而提升了系统的工作效率，减小了EMI，输出功率也得到进一步提升。

如图8所示，为变压器原边电流断续的情况下，使用无源软开关技术(辅助桥臂未开启，采用模块3之前)，1通道为逆变桥输出AB两点间的电压波形，从波形上可以看出，超前桥臂和滞后桥臂均不能实现软开关。

如图9所示，为变压器原边电流断续的情况下，使用有源软开关技术(打开辅助桥臂，采用模块3之后)，1通道为逆变桥输出AB两点间的电压波形，从波形上可以看出，超前桥臂和滞后桥臂均实现了软开关，保证了系统全功率范围内安全稳定的运行。

由该实施例清楚地可以看出，根据本发明的电磁场发射机及其零电压切换软开关系统能够以较低功耗实现软开关并且可保证系统全功率范围内安全稳定的运行。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (5)

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；其中所述主功率逆变桥包括晶体管S1、S2、S3、S4、S1a、S2a、S3a、S4a八个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；其中在所述主功率逆变桥中，由绝缘栅双极型晶体管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，由绝缘栅双极型晶体管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；

所述主功率逆变桥还包括：与绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S3、S4每个晶体管分别对应并联的谐振电容Cr1～Cr4和分别对应并联的二极管D1～D4，谐振电感L3，以及隔值电容C3；谐振电感L3连接在滞后桥臂的中点，即B点；隔直电容C3连接在超前桥臂的中点，即A点；所述谐振电容Cr1～Cr4与谐振电感L3和隔直电容C3一起构成谐振回路；

所述主功率逆变桥还包括：与晶体管S1a、S2a、S3a、S4a中的每个晶体管分别对应并联的D1a、D2a、D3a、D4a和分别对应并联的Cr1a、Cr2a、Cr3a、Cr4a，主功率逆变桥还包括谐振电感L1、L2，谐振电容C1、C2,以及二极管D5、D6、D7、D8；其中谐振电感L1、谐振电容C1与绝缘栅双极型晶体管S1a、谐振电容Cr1a、绝缘栅双极型晶体管S2a、谐振电容Cr2a、二极管D5、二极管D6构成了超前桥臂的辅助电流源网络，谐振电感L2、谐振电容C2与绝缘栅双极型晶体管S3a、谐振电容Cr3a、绝缘栅双极型晶体管S4a、谐振电容Cr4a、二极管D7、二极管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；

绝缘栅双极型晶体管S1a的集电极接入输入母线电压的正极，绝缘栅双极型晶体管S1a的发射极与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极、二极管D6的阳极和谐振电容C1的输入端，三者连接在一起，二极管D6的阴极与绝缘栅双极型晶体管S2a的集电极连接在一起，绝缘栅双极型晶体管S2a的发射极接入输入母线电压的负极；谐振电容C1的输出端与谐振电感L1的输入端连接，谐振电感L1的输出端与超前桥臂的A点即绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与绝缘栅双极型晶体管S2的集电极的连接点相连；

绝缘栅双极型晶体管S3a的集电极接入输入母线电压的正极，绝缘栅双极型晶体管S3a的发射极与二极管D7的阳极连接，二极管D7的阴极、二极管D8的阳极和谐振电容C2的输入端，三者连接在一起，二极管D8的阴极与绝缘栅双极型晶体管S4a的集电极连接在一起，绝缘栅双极型晶体管S4a的发射极接入输入母线电压的负极；谐振电容C2的输出端与谐振电感L2的输入端连接，谐振电感L2的输出端与滞后桥臂的B点即绝缘栅双极型晶体管S3的发射极与绝缘栅双极型晶体管S4的集电极的连接点相连。

2.根据权利要求1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。

3.一种实现权利要求1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，在绝缘栅双极型晶体管S4关断的前一刻，开启绝缘栅双极型晶体管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，然后绝缘栅双极型晶体管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，谐振电容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，使得电感L2中的储能只会流向B点，在变压器原边电流断续时，电感L2中的电流保证了绝缘栅双极型晶体管S3的零电压开通；同理，当绝缘栅双极型晶体管S3关断前一刻，开启绝缘栅双极型晶体管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，使得电感L2中的电流和变压器主回路的电流同时流出节点B，然后将绝缘栅双极型晶体管S3关断，此时辅助回路中电路流向为：L2-＞C2-＞D8-＞S4a-＞D4-＞B-＞L2，保证了绝缘栅双极型晶体管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；其中，B点为绝缘栅双极型晶体管S3的发射极与绝缘栅双极型晶体管S4的集电极的连接点。

4.一种大功率电磁场发射机零电压切换软开关系统，该系统包括作为第一级逆变桥的主功率逆变桥，该主功率逆变桥包括

晶体管S1、S2、S3、S4、S1a、S2a、S3a、S4a八个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；其中在所述主功率逆变桥中，由绝缘栅双极型晶体管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，由绝缘栅双极型晶体管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；

所述主功率逆变桥还包括：与绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S3、S4每个晶体管分别对应并联的谐振电容Cr1～Cr4和分别对应并联的二极管D1～D4，谐振电感L3，以及隔值电容C3；谐振电感L3连接在滞后桥臂的中点，即B点；隔直电容C3连接在超前桥臂的中点，即A点；所述谐振电容Cr1～Cr4与谐振电感L3和隔直电容C3一起构成谐振回路；

所述主功率逆变桥还包括：与晶体管S1a、S2a、S3a、S4a中的每个晶体管分别对应并联的D1a、D2a、D3a、D4a和分别对应并联的Cr1a、Cr2a、Cr3a、Cr4a，主功率逆变桥还包括谐振电感L1、L2，谐振电容C1、C2,以及二极管D5、D6、D7、D8；其中谐振电感L1、谐振电容C1与绝缘栅双极型晶体管S1a、谐振电容Cr1a、绝缘栅双极型晶体管S2a、谐振电容Cr2a、二极管D5、二极管D6构成了超前桥臂的辅助电流源网络，谐振电感L2、谐振电容C2与绝缘栅双极型晶体管S3a、谐振电容Cr3a、绝缘栅双极型 晶体管S4a、谐振电容Cr4a、二极管D7、二极管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；

绝缘栅双极型晶体管S1a的集电极接入输入母线电压的正极，绝缘栅双极型晶体管S1a的发射极与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极、二极管D6的阳极和谐振电容C1的输入端，三者连接在一起，二极管D6的阴极与绝缘栅双极型晶体管S2a的集电极连接在一起，绝缘栅双极型晶体管S2a的发射极接入输入母线电压的负极；谐振电容C1的输出端与谐振电感L1的输入端连接，谐振电感L1的输出端与超前桥臂的A点即绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与绝缘栅双极型晶体管S2的集电极的连接点相连；

绝缘栅双极型晶体管S3a的集电极接入输入母线电压的正极，绝缘栅双极型晶体管S3a的发射极与二极管D7的阳极连接，二极管D7的阴极、二极管D8的阳极和谐振电容C2的输入端，三者连接在一起，二极管D8的阴极与绝缘栅双极型晶体管S4a的集电极连接在一起，绝缘栅双极型晶体管S4a的发射极接入输入母线电压的负极；谐振电容C2的输出端与谐振电感L2的输入端连接，谐振电感L2的输出端与滞后桥臂的B点即绝缘栅双极型晶体管S3的发射极与绝缘栅双极型晶体管S4的集电极的连接点相连。

5.根据权利要求4所述的大功率电磁场发射机零电压切换软开关系统，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。