CN107332456B - 一种三相无源软开关逆变电路 - Google Patents

一种三相无源软开关逆变电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三相无源软开关逆变电路，由三相电路结构相同的无源软开关逆变电路组成，三相之间相位互差120°，各相电路的两个谐振电感连接在两个开关管之间，两个谐振电容分别通过二极管并联在开关管两端，同时两谐振电容之间通过两个二极管相连，连接点连接至两个谐振电感的连接点，另设有两个二极管分别跨接在开关管和谐振电感两端，两个谐振电感的连接点与跨接在开关管两端的二极管的连接点相连，引出线作为交流电输出端，两个开关管按正弦脉宽调制、相位差180°互补开通方式工作。本发明的电路实现了开关管的软开关，该电路中不使用变压器或耦合电感，采用无源元件少，电路结构简单，可靠性高，成本低，适合在中小功率逆变场合应用。

Description

一种三相无源软开关逆变电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三相无源软开关逆变电路。
背景技术
电力电子技术是通过应用电路原理和设计理论以及分析开发工具，实现对电力半导体器件的有效使用，从而使电能得到高效变换和控制的一门技术。由于现代电力电子装置向小型化和轻量化发展，因此电力电子元件运行高频化已成为实现此目标的有效手段。但由于电力电子半导体器件高频化，器件损耗增大，电力电子装置产生了严重的噪声污染和电磁干扰问题，阻碍了高频化的发展，为了解决以上问题，软开关技术被提出。应用于逆变器的软开关技术按照辅助回路的构成可分为有源钳位软开关技术和无源缓冲软开关技术。有源钳位软开关技术需要在辅助回路中使用辅助有源半导体器件实现主开关管的软开关，但是有源半导体器件的使用带来了控制回路复杂，电路板布局布线难度增大以及成本高的问题，并不能很好适用于实际的电力电子装置。而无源软开关技术仅使用无源器件构成缓冲回路，控制简单，可靠性高，因此更能满足实际电力电子产品的需要。
较早提出的无源缓冲软开关逆变器仅注重实现开关管的软开关，在缓冲回路中采用电阻元件进行能量的转换，使得逆变器整体效率的提高并不明显。随后出现了无源缓冲技术，如变压器辅助换流逆变器、耦合电感辅助换流逆变器以及依靠大量无源元件缓冲的软开关逆变器，或者引入直直变换中的无源单元构成的缓冲逆变器，这些电路辅助回路构成相当复杂，不利于装置的轻量化和小型化。到目前为止，适用于逆变器的简单无源缓冲软开关逆变电路仍在继续研究中。
“IEEE Transactions on Power Electronics”2004年第19卷第2期公开了一种无源缓冲逆变电路，该逆变电路的拓扑图如图1所示，该拓扑三相共用一个耦合电感以及与之相连的2个二极管和1个电容，每相使用2个二极管和3个电容，该拓扑通过将原始的无源有损拓扑中的电阻元件用耦合电感替代实现了缓冲，但是其缓冲需要在中间电容充电至大于电源电压后才能使耦合电感侧的二极管导通进行无源缓冲，若充电时间较短，则软开关失败，且造成开关管的电压应力较高，以及耦合电感设计复杂和损耗大等问题。“IEEETransactions on Power Electronics”2011年第26卷第2期公开了一种新型无源缓冲逆变拓扑结构，该逆变器的电路图如图2所示，该无源缓冲逆变器在直流母线之间并联了三个大的电解电容，缓冲回路中每相均使用1个三绕组变压器，2个谐振电感，2个谐振电感，5个二极管。该逆变器通过将三相共用的谐振电感分开，避免了开关管开关时间过短造成的可能硬开关问题，但该电路十分复杂，三绕组变压器的磁性元件损耗使其效率提升困难，以及变压器漏感造成与之相连的二极管的高电气应力。
发明内容
本发明实施例提供一种三相无源软开关逆变电路，实现了开关管的软开关，电路中不使用变压器或耦合电感，电路结构简单，可靠性高，成本低。
本发明提供一种三相无源软开关逆变电路，由三相电路结构相同的并联在正负直流母线间的无源软开关逆变电路组成，三相之间相位互差120°，所述各相无源软开关逆变电路都包括：
第一开关管、第二开关管、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；
所述第一开关管的集电极与正直流母线相连，第一开关管的发射极与第一谐振电感的一端相连，第一谐振电感的另一端连接至第二谐振电感的一端，第二谐振电感的另一端与第二开关管的集电极相连，第二开关管的发射极连接至负直流母线，第一谐振电感与第二谐振电感的连接点作为逆变桥臂的单相交流电输出端；第一二极管的阴极与正直流母线相连，第一二极管的阳极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第二二极管的阴极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第二二极管的阳极连接至负直流母线；第一谐振电容的一端与正直流母线相连，第一谐振电容的另一端与第五二极管的阴极相连，第五二极管的阳极与第六二极管的阴极相连，第五二极管与第六二极管的连接点连接至第一谐振电感与第二谐振电感的连接点，第六二极管的阳极与第二谐振电容的一端相连，第二谐振电容的另一端连接至负直流母线；第三二极管的阳极连接至第一谐振电容与第五二极管的连接点，第三二极管的阴极连接至第一开关管与第一谐振电感的连接点；第四二极管的阳极连接至第二开关管与第二谐振电感的连接点，第四二极管的阴极连接至第二谐振电容与第六二极管的连接点。
在的三相无源软开关逆变电路中，由所述第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管构成逆变电路；由所述第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管构成无源缓冲电路。
在的三相无源软开关逆变电路中，所述各相无源软开关逆变电路中的第一开关管和第二开关管采用全控开关器件。
在的三相无源软开关逆变电路中，所述全控开关器件为功率晶体管、绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。
在的三相无源软开关逆变电路中，所述各相无源软开关逆变电路中的第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管采用快恢复二极管或高频二极管。
在的三相无源软开关逆变电路中，各相无源软开关逆变电路中的第一开关管和第二开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作。
在的三相无源软开关逆变电路中，所述各相无源软开关逆变电路的都包括如下工作模式：
模式a[～t0]：第一开关管导通，负载电流ia经第一二极管流向直流电源，电路处于电能回馈状态；此时，电路中iL1＝iL2＝0，vC1＝0，vC2＝E，iS1＝0，iD1＝ia；当第一开关管关断时，该模式结束；其中，iL1为第一谐振电感的电流，iL2为第二谐振电感的电流，vC1为第一谐振电容的电压，vC2为第二谐振电容的电压，E为直流电源的电压，iS1为第一开关管的电流，iD1为第一二极管的电流，ia为负载电流；
模式b[t0～t1]：t0时刻，第一开关管关断，负载电流ia继续经第一二极管向直流电源回馈能量，经第一开关管和第二开关管死区时间δt，当第二开关管开通时，该模式结束；
模式c[t1～t2]：t1时刻，第二开关管开通，负载电流ia由第一二极管向第二开关管换流，第一二极管的电流开始由负载电流ia线性下降，第二开关管的电流开始由零线性上升，第二开关管实现零电流开通，当第一二极管的电流下降至零、第二开关管的电流上升至负载电流ia时，第一二极管关断，该模式结束；
模式d[t2～t3]：t2时刻，第一二极管关断，第一谐振电容与第一谐振电感、第二谐振电感进行谐振，第一谐振电容与第一谐振电感、第二谐振电感的谐振电流在直流电源、第一谐振电容、第三二极管、第一谐振电感、第二谐振电感和第二开关管构成的回路中环流，第一谐振电容的电压由零被充电至直流电源电压；第二谐振电容与第二谐振电感谐振，第二谐振电容与第二谐振电感的谐振电流在第二谐振电容、第六二极管、第二谐振电感和第二开关管构成的回路中环流，第二谐振电容的电压由直流电源电压放电至零，该模式结束；
模式e[t3～t4]：t3时刻，谐振结束后，第二谐振电感的电压为零，第二谐振电感中的谐振电流分为两部分，一部分在第二谐振电感、第四二极管、第六二极管、第五二极管、第三二极管以及第一谐振电感构成的回路环流，另一部分在第二谐振电感、第二开关管和第二二极管构成的回路中环流；第一谐振电感中的谐振电流在第一谐振电感、第五二极管、第三二极管构成的回路中环流；环流期间，由于回路阻抗的作用，第二谐振电感电流逐渐向负载电流ia衰减；第一谐振电感的电流逐渐向零衰减；当第二开关管关断时，该模式结束；
模式f[t4～t5]：t4时刻，第二开关管关断，第二谐振电感的电流向第二谐振电容换流，由于此时第二谐振电容的电压为零，所以第二开关管为零电压关断；当第二谐振电容的电压充电至直流电源电压、第一谐振电容的两端电压由直流电源电压放电至零时，第一二极管开通，该模式结束；
模式g[t5～t6]：t5时刻，第一二极管开通，负载电流ia立即向第一二极管换流，换流回路为第二谐振电感、第四二极管、第六二极管构成的环路，由于回路阻抗的作用，第二谐振电感的电流逐渐衰减至零，当第一开关管开通时，回路回到模式a。
本发明的三相无源软开关逆变电路至少具有如下有益效果：
1)本发明的三相无源软开关逆变电路中的开关器件是全控器件，包括功率晶体管(GTR)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、功率场效应晶体管(MOSFET)或智能功率模块(IPM)，这样开关电路可由控制电路直接控制；
2)本发明的三相无源软开关逆变电路的所有开关管均实现了软开关，减小了开关损耗；
3)本发明的三相无源软开关逆变电路相比于其它缓冲电路有效地钳位了开关管的峰值电压，谐振电流峰值可控；
4)本发明的三相无源软开关逆变电路附加元件数目少，成本低，可靠性高，适合在中小功率负载场合应用。
附图说明
图1为现有技术的一种三相无源软开关逆变器的电路图；
图2为现有技术的另一种三相无源软开关逆变器的电路图；
图3为本发明具体实施方式的三相无源软开关逆变电路的三相等效电路图；
图4为本发明具体实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相无源缓冲软开关逆变电路；
图5为本发明具体实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相的时序波形图；
图6a为本发明的三相无源软开关逆变电路的换流工作模式a的示意图；
图6b为本发明的三相无源软开关逆变电路的换流工作模式b的示意图；
图6c为本发明的三相无源软开关逆变电路的换流工作模式c的示意图；
图6d为本发明的三相无源软开关逆变电路的换流工作模式d的示意图；
图6e为本发明的三相无源软开关逆变电路的换流工作模式e的示意图；
图6f为本发明的三相无源软开关逆变电路的换流工作模式f的示意图；
图6g为本发明的三相无源软开关逆变电路的换流工作模式g的示意图；
图7为本发明具体实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相的主要元件的仿真波形图；
图8为本发明具体实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相的第二开关管S2关断时的电压和电流的仿真波形图；
图9为本发明具体实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相的第二开关管S2开通时的电压和电流的仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图3至图9对本发明的三相无源软开关逆变电路进行详细介绍。
如图3所示，本发明的三相无源软开关逆变电路，由三相电路结构相同的并联在正负直流母线间的无源软开关逆变电路组成，具体为：A相无源软开关逆变电路、B相无源软开关逆变电路和C相无源软开关逆变电路，三相之间相位互差120°。A相无源软开关逆变电路包括：A相逆变电路和A相无源缓冲电路，B相无源软开关逆变电路包括：B相逆变电路和B相无源缓冲电路，C相无源软开关逆变电路包括：C相逆变电路和C相无源缓冲电路。
A相无源软开关逆变电路包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第一谐振电容C1、第二谐振电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6。
第一开关管S1的集电极与正直流母线相连，第一开关管S1的发射极与第一谐振电感L1的一端相连，第一谐振电感L1的另一端连接至第二谐振电感L2的一端，第二谐振电感L2的另一端与第二开关管S2的集电极相连，第二开关管S2的发射极连接至负直流母线，第一谐振电感L1与第二谐振电感L2的连接点作为逆变桥臂的单相交流电输出端；第一二极管D1的阴极与正直流母线相连，第一二极管D1的阳极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第二二极管D2的阴极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第二二极管D2的阳极连接至负直流母线；第一谐振电容C1的一端与正直流母线相连，第一谐振电容C1的另一端与第五二极管D5的阴极相连，第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阴极相连，第五二极管D5与第六二极管D6的连接点连接至第一谐振电感L1与第二谐振电感L2的连接点，第六二极管D6的阳极与第二谐振电容C2的一端相连，第二谐振电容C2的另一端连接至负直流母线；第三二极管D3的阳极连接至第一谐振电容C1与第五二极管D5的连接点，第三二极管D3的阴极连接至第一开关管S1与第一谐振电感L1的连接点；第四二极管D4的阳极连接至第二开关管S2与第二谐振电感L2的连接点，第四二极管D4的阴极连接至第二谐振电容C2与第六二极管D6的连接点。
B相无源软开关逆变电路包括：第三开关管S3、第四开关管S4、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第三谐振电容C3、第四谐振电容C4、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11以及第十二二极管D12。
第三开关管S3的集电极与正直流母线相连，第三开关管S3的发射极与第三谐振电感L3的一端相连，第三谐振电感L3的另一端连接至第四谐振电感L4的一端，第四谐振电感L4的另一端与第四开关管S4集电极相连，第四开关管S4的发射极连接至负直流母线，第三谐振电感L3的与第四谐振电感L4的连接点作为逆变桥臂的单相交流电输出端；第七二极管D7的阴极与正直流母线相连，第七二极管D7的阳极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第八二极管D8的阴极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第八二极管D8的阳极连接至负直流母线；第三谐振电容C3的一端与正直流母线相连，第三谐振电容C3的另一端与第十一二极管D11的阴极相连，第十一二极管D11的阳极与第十二二极管D12的阴极相连，第十一二极管D11与第十二二极管D12的连接点连接第三谐振电感L3与第四谐振电感L4的连接点，第十二二极管D12的阳极与第四谐振电容C4的一端相连，第四谐振电容C4的另一端连接至负直流母线；第九二极管D9的阳极连接至第二谐振电容C2与第十一二极管D11的连接点，第九二极管D9的阴极连接至第二开关管S2与第二谐振电感L2的连接点；第十二极管D10的阳极连接至第四开关管S4与第四谐振电感L4的连接点，第十二极管D10的阴极连接至第四谐振电容C4与第十二二极管D12的连接点。
C相无源软开关逆变电路包括：第五开关管S5、第六开关管S6、第五谐振电感L5、第六谐振电感L6、第五谐振电容C5、第六谐振电容C6、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17以及第十八二极管D18。
第五开关管S5的集电极与正直流母线相连，第五开关管S5的发射极与第五谐振电感L5的一端相连，第五谐振电感L5的另一端连接至第六谐振电感L6的一端，第六谐振电感L6的另一端与第六开关管S6集电极相连，第六开关管S6的发射极连接至负直流母线，第五谐振电感L5与第六谐振电感L6的连接点作为逆变桥臂的单相交流电输出端；第十三二极管D13的阴极与正直流母线相连，第十三二极管D13的阳极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第十四二极管D14的阴极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第十四二极管D14的阳极连接至负直流母线；第五谐振电容C5的一端与正直流母线相连，第五谐振电容C5的另一端与第十七二极管D17的阴极相连，第十七二极管D17的阳极与第十八二极管D18的阴极相连，第十七二极管D17与第十八二极管D18的连接点连接至第五谐振电感L5与第六谐振电感L6的连接点，第十八二极管D18的阳极与第六谐振电容C6的一端相连，第六谐振电容C6的另一端连接至负直流母线；第十五二极管D15的阳极连接至第五谐振电容C5与第十七二极管D17的连接点，第十五二极管D15的阴极连接至第五开关管S5与第五谐振电感L5的连接点；第十六二极管D16的阳极连接至第六开关管S6与第六谐振电感L6的连接点，第十六二极管D16的阴极连接至第六谐振电容C6与第十八二极管D18的连接点。
A相逆变电路由第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1和第二二极管D2构成。A相无源缓冲电路由第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第一谐振电容C1、第二谐振电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6构成。
B相逆变电路由第三开关管S3、第四开关管S4、第七二极管D7和第八二极管D8构成。B相无源缓冲电路由第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第三谐振电容C3、第四谐振电容C4、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11和第十二二极管D12构成。
C相逆变电路由第五开关管S5、第六开关管S6、第十三二极管D13和第十四二极管D14构成。C相无源缓冲电路由第五谐振电感L5、第六谐振电感L6、第三五谐振电容C5、第六谐振电容C6、第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17和第十八二极管D18构成。
本发明的三相无源软开关逆变电路中的所有开关管都采用全控开关器件。全控开关器件为功率晶体管、绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。本发明的三相无源软开关逆变电路中的所有的二极管均采用快恢复二极管或高频二极管。
本实施方式的三相无源软开关逆变电路适用于各种功率等级的逆变场合，尤其在中小功率逆变场合优点更加突出。在工业生产、交通运输、通信系统、电力系统、新能源系统、各种电源系统、航空航天等领域均可发挥重要作用。下面以其在变频调速系统中的应用为例，分析本实施方式的三相无源软开关逆变电路的工作过程。
首先，通过将电网中的三相交流电输送到整流器中进行整流后得到相对平稳的直流电。然后，将该直流电输入到本实施方式的三相无源软开关逆变电路中进行电能变换，具体电能变换过程如下：
本实施方式的三相无源软开关逆变电路的A、B、C三相之间相位互差120°，每一相逆变电路的桥臂的上桥臂开关管和下桥臂开关管相位互差180°电角度互补导通，即A相逆变电路中第一开关管S1和第二开关管S2相位互差180°电角度互补导通；B相逆变电路中第三开关管S3和第四开关管S4相位互差180°电角度互补导通；C相逆变电路中第五开关管S5和第六开关管S6相位互差180°电角度互补导通。所有开关管的触发信号为相位差180°电角度的带死区的SPWM信号。
图5为本发明具体实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相的时序波形图；如图6a至图6g所示为本实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相电路在一个开关周期内的7个工作模式，为简化分析，假设：负载电感远大于谐振电感，逆变器开关状态过渡瞬间的负载电流可以认为是恒流源ia。
三相无源软开关逆变电路的A相电路的工作模式，包括：
模式a[～t0]：如图6a所示，第一开关管S1导通，负载电流ia经第一二极管D1流向直流电源，电路处于电能回馈状态；此时，电路中iL1＝iL2＝0，vC1＝0，vC2＝E，iS1＝0，iD1＝ia；当第一开关管S1关断时，该模式结束；其中，iL1为第一谐振电感的电流，iL2为第二谐振电感的电流，vC1为第一谐振电容的电压，vC2为第二谐振电容的电压，E为直流电源的电压，iS1为第一开关管的电流，iD1为第一二极管的电流，ia为负载电流；
模式b[t0～t1]：如图6b所示，t0时刻，第一开关管S1关断，负载电流ia继续经第一二极管D1向直流电源E回馈能量，经第一开关管S1和第二开关管S2死区时间δt，当第二开关管S2开通时，该模式结束；
模式c[t1～t2]：如图6c所示，t1时刻，第二开关管S2开通，负载电流ia由第一二极管D1向第二开关管S2换流，第一二极管D1的电流开始由负载电流ia线性下降，第二开关管S2的电流开始由零线性上升，第二开关管S2实现零电流开通，当第一二极管D1的电流下降至零、第二开关管S2的电流上升至负载电流ia时，第一二极管D1关断，该模式结束；
模式d[t2～t3]：如图6d所示，t2时刻，第一二极管D1关断，第一谐振电容C1与第一谐振电感L1、第二谐振电感L2进行谐振，第一谐振电容C1与第一谐振电感L1、第二谐振电感L2的谐振电流在直流电源E、第一谐振电容C1、第三二极管D3、第一谐振电感L1、第二谐振电感L2和第二开关管S2构成的回路中环流，第一谐振电容C1的电压由零被充电至直流电源电压E；第二谐振电容C2与第二谐振电感L2谐振，第二谐振电容C2与第二谐振电感L2的谐振电流在第二谐振电容C2、第六二极管D6、第二谐振电感L2和第二开关管S2构成的回路中环流，第二谐振电容C2的电压由直流电源电压E放电至零，该模式结束；
模式e[t3～t4]：如图6e所示，t3时刻，谐振结束后，第二谐振电感L2的电压为零，第二谐振电感L2中的谐振电流分为两部分，一部分在第二谐振电感L2、第四二极管D4、第六二极管D6、第五二极管D5、第三二极管D3以及第一谐振电感L1构成的回路环流，另一部分在第二谐振电感L2、第二开关管S2和第二二极管D2构成的回路中环流；第一谐振电感L1中的谐振电流在第一谐振电感L1、第五二极管D5、第三二极管D3构成的回路中环流；环流期间，由于回路阻抗的作用，第二谐振电感L2电流逐渐向负载电流ia衰减；第一谐振电感L1的电流逐渐向零衰减；当第二开关管S2关断时，该模式结束；
模式f[t4～t5]：如图6f所示，t4时刻，第二开关管S2关断，第二谐振电感L2的电流向第二谐振电容C2换流，由于此时第二谐振电容C2的电压为零，所以第二开关管S2为零电压关断；当第二谐振电容C2的电压充电至直流电源电压E、第一谐振电容C1的两端电压由直流电源电压E放电至零时，第一二极管D1开通，该模式结束；
模式g[t5～t6]：如图6g所示，t5时刻，第一二极管D1开通，负载电流ia立即向第一二极管D1换流，换流回路为第二谐振电感L2、第四二极管D4、第六二极管D6构成的环路，由于回路阻抗的作用，第二谐振电感L2的电流逐渐衰减至零，当第一开关管S1开通时，回路回到模式a。
由上述回路工作原理分析可知，如果第一谐振电感L1和第二谐振电感L2中的电流在上下桥臂开关管死区时间内没有衰减至零，则开关管为硬开通。另外，由于谐振缓冲回路的能量的一部分因环流而损耗掉，所以缓冲回路参数应设计为极小值。
三相无源软开关逆变电路的B相与C相的电路工作模式与A相换流电路的工作模式相同，这里不再赘述。
最后，用逆变得到的三相交流电为交流电动机供电，根据电动机的转矩、转速变化调整交流电的幅值与频率，使变频调速系统能够稳定运行。
本实施方式的三相无源软开关逆变电路的A相的主要元件的仿真波形如图7所示，其中，iL1为第一谐振电感L1的电流，iL2为第二谐振电感L2的电流，vC1为第一谐振电容C1的电压，vC2为第二谐振电容C2的电压。可以看出，由于回路中谐振电感和谐振电容的存在，开关管开通后其电流上升率受到了限制，开关管关断后其电压上升率受到了限制，从而实现了开关管的软开关。
本实施方式的三相无源软开关逆变电路A相的第二开关管S2在关断和开通时刻的电压vS2和电流iS2的仿真波形分别如图8和图9所示，从图8可以看出第二开关管S2关断后，流过第二开关管S2的电流iS2立即下降至0，而第二开关管S2两端的电压vS2从0开始逐渐上升，所以第二开关管S2实现了ZVS(零电压)关断。从图9可以看出第二开关管S2开通后，第二开关管S2两端的电压vS2立即下降至0，流过第二开关管S2的电流iS2从0开始逐渐上升，所以第二开关管S2实现了ZCS(零电流)开通。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：其缓冲回路中不使用有源开关管，电路控制简单，实现了所有开关管的软开关，降低了开关损耗。避免在缓冲回路中使用变压器或耦合电感，使用无源元件数目少，回路构成简单，可靠性高，成本低，该软开关逆变器可在中小功率场合稳定运行。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施案例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种三相无源软开关逆变电路，其特征在于，由三相电路结构相同的并联在正负直流母线间的无源软开关逆变电路组成，三相之间相位互差120°，所述各相无源软开关逆变电路都包括：
第一开关管、第二开关管、第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；
所述第一开关管的集电极与正直流母线相连，第一开关管的发射极与第一谐振电感的一端相连，第一谐振电感的另一端连接至第二谐振电感的一端，第二谐振电感的另一端与第二开关管的集电极相连，第二开关管的发射极连接至负直流母线，第一谐振电感与第二谐振电感的连接点作为逆变桥臂的单相交流电输出端；第一二极管的阴极与正直流母线相连，第一二极管的阳极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第二二极管的阴极与逆变桥臂的单相交流电输出端相连，第二二极管的阳极连接至负直流母线；第一谐振电容的一端与正直流母线相连，第一谐振电容的另一端与第五二极管的阴极相连，第五二极管的阳极与第六二极管的阴极相连，第五二极管与第六二极管的连接点连接至第一谐振电感与第二谐振电感的连接点，第六二极管的阳极与第二谐振电容的一端相连，第二谐振电容的另一端连接至负直流母线；第三二极管的阳极连接至第一谐振电容与第五二极管的连接点，第三二极管的阴极连接至第一开关管与第一谐振电感的连接点；第四二极管的阳极连接至第二开关管与第二谐振电感的连接点，第四二极管的阴极连接至第二谐振电容与第六二极管的连接点。
2.如权利要求1所述的三相无源软开关逆变电路，其特征在于，由所述第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管构成逆变电路；由所述第一谐振电感、第二谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管构成无源缓冲电路。
3.如权利要求1所述的三相无源软开关逆变电路，其特征在于，所述各相无源软开关逆变电路中的第一开关管和第二开关管采用全控开关器件。
4.如权利要求3所述的三相无源软开关逆变电路，其特征在于，所述全控开关器件为功率晶体管或智能功率模块。
5.如权利要求1所述的三相无源软开关逆变电路，其特征在于，所述各相无源软开关逆变电路中的第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管采用快恢复二极管或高频二极管。
6.如权利要求1所述的三相无源软开关逆变电路，其特征在于，各相无源软开关逆变电路中的第一开关管和第二开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作。
7.如权利要求1所述的三相无源软开关逆变电路，其特征在于，所述各相无源软开关逆变电路的都包括如下工作模式：
模式a[～t0]：第一开关管导通，负载电流ia经第一二极管流向直流电源，电路处于电能回馈状态；此时，电路中iL1＝iL2＝0，vC1＝0，vC2＝E，iS1＝0，iD1＝ia；当第一开关管关断时，该模式结束；其中，iL1为第一谐振电感的电流，iL2为第二谐振电感的电流，vC1为第一谐振电容的电压，vC2为第二谐振电容的电压，E为直流电源的电压，iS1为第一开关管的电流，iD1为第一二极管的电流，ia为负载电流；
模式b[t0～t1]：t0时刻，第一开关管关断，负载电流ia继续经第一二极管向直流电源回馈能量，经第一开关管和第二开关管死区时间δt，当第二开关管开通时，该模式结束；
模式c[t1～t2]：t1时刻，第二开关管开通，负载电流ia由第一二极管向第二开关管换流，第一二极管的电流开始由负载电流ia线性下降，第二开关管的电流开始由零线性上升，第二开关管实现零电流开通，当第一二极管的电流下降至零、第二开关管的电流上升至负载电流ia时，第一二极管关断，该模式结束；
模式d[t2～t3]：t2时刻，第一二极管关断，第一谐振电容与第一谐振电感、第二谐振电感进行谐振，第一谐振电容与第一谐振电感、第二谐振电感的谐振电流在直流电源、第一谐振电容、第三二极管、第一谐振电感、第二谐振电感和第二开关管构成的回路中环流，第一谐振电容的电压由零被充电至直流电源电压；第二谐振电容与第二谐振电感谐振，第二谐振电容与第二谐振电感的谐振电流在第二谐振电容、第六二极管、第二谐振电感和第二开关管构成的回路中环流，第二谐振电容的电压由直流电源电压放电至零，该模式结束；
模式e[t3～t4]：t3时刻，谐振结束后，第二谐振电感的电压为零，第二谐振电感中的谐振电流分为两部分，一部分在第二谐振电感、第四二极管、第六二极管、第五二极管、第三二极管以及第一谐振电感构成的回路环流，另一部分在第二谐振电感、第二开关管和第二二极管构成的回路中环流；第一谐振电感中的谐振电流在第一谐振电感、第五二极管、第三二极管构成的回路中环流；环流期间，由于回路阻抗的作用，第二谐振电感电流逐渐向负载电流ia衰减；第一谐振电感的电流逐渐向零衰减；当第二开关管关断时，该模式结束；
模式f[t4～t5]：t4时刻，第二开关管关断，第二谐振电感的电流向第二谐振电容换流，由于此时第二谐振电容的电压为零，所以第二开关管为零电压关断；当第二谐振电容的电压充电至直流电源电压、第一谐振电容的两端电压由直流电源电压放电至零时，第一二极管开通，该模式结束；
模式g[t5～t6]：t5时刻，第一二极管开通，负载电流ia立即向第一二极管换流，换流回路为第二谐振电感、第四二极管、第六二极管构成的环路，由于回路阻抗的作用，第二谐振电感的电流逐渐衰减至零，当第一开关管开通时，回路回到模式a。
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