CN110277934B - 一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法 - Google Patents

一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110277934B
CN110277934B CN201910640259.5A CN201910640259A CN110277934B CN 110277934 B CN110277934 B CN 110277934B CN 201910640259 A CN201910640259 A CN 201910640259A CN 110277934 B CN110277934 B CN 110277934B
Authority
CN
China
Prior art keywords
auxiliary
main
diode
capacitor
resonant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910640259.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110277934A (zh
Inventor
褚恩辉
陈志方
周越
张洋
宋奇
谢昊霖
包建群
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN201910640259.5A priority Critical patent/CN110277934B/zh
Publication of CN110277934A publication Critical patent/CN110277934A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110277934B publication Critical patent/CN110277934B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种结构简单的双辅助谐振极型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，A相双辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相双辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相双辅助谐振换流电路和C相主逆变电路依次并联连接，同时与直流电源并联连接，各主开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作，本发明在保持原双辅助谐振极逆变器优点的情况下，省去了双辅助换流电路中的第三、第四辅助开关管，不仅大幅降低了逆变器的成本，同时简化了逆变电路的控制，减少了可能的故障点，从而提高了电路的实用性与安全性。

Description

一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法。
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，使用电力半导体器件，对电能形式进行高效变换和控制的技术。目前，轻小化的电力电子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，因此高频化已成为电力电子变换器发展的重要趋势。逆变器是一类重要的电力电子变换器，在新能源、电机拖动等领域已经被广泛应用，而提高工作频率同样有助于逆变器的体积减小与性能提高。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)问题也越来越引起人们的关注。针对以上问题，软开关技术被引入逆变器中。随着软开关逆变器的不断发展，许多新型软开关逆变拓扑不断涌现。在众多软开关逆变器拓扑中，有一类辅助谐振极型软开关逆变器拓扑可以不增加主功率开关器件的电压和电流应力，因此更适用于大功率逆变场合，受到了世界各国相关领域研究人员的持续关注。
最早提出的辅助谐振极型逆变拓扑需使用两个很大的电解质电容，具有中性点电位不稳定的问题，并且附加了单独的检测电路和额外的逻辑控制电路。随后出现了许多改进的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。
在2009年《仪器仪表学报》第30卷第6期、以及2013年《中国电机工程学报》第33卷第12期和2014年“IEEE Transactions on Power Electronics”第29卷第3期公开了一种新型辅助谐振极型逆变器拓扑结构，如图1所示。该逆变器避免了传统辅助谐振极型逆变器使用的两个大的电解质电容，同时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。但该辅助谐振极型逆变器仍然存在不足：辅助开关管的ZVS关断是靠电路的KVL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ZVS关断条件将遭到破坏，不能可靠实现ZVS关断。这种影响在大功率应用场合更加明显，是实际应用中必须解决的关键问题。
为了解决以上问题，2016年“IEEE Transactions on Power Electronics”第31卷第10期公开了一种双辅助谐振极型逆变器，如图2所示。该逆变器拓扑回路不仅具有原辅助谐振极逆变器拓扑的优点，同时可有效避免回路寄生电感和寄生电容对辅助开关管ZVS关断所造成的影响，确保了辅助开关管可靠的实现ZVS关断。然而，在换流时，由于辅助换流电路中存在两组辅助谐振电感，使得其谐振过程相互耦合，带来了不可避免的系统振荡，使得系统的性能与稳定性降低。
针对以上的技术缺陷，2019年授权的一项中国发明专利(专利号ZL201810448352.1)提出了一种新型双辅助谐振极型逆变器，如图3所示。该逆变拓扑不仅保持了双辅助谐振极逆变器确保辅助开关管可靠实现软关断的优势，同时通过省去辅助换流电路中的第三、第四辅助谐振电感，完成了谐振过程的解耦，降低了耦合谐振带来的系统振荡，提高了逆变电路的性能和稳定性。
然而，该新型双辅助谐振极型逆变器仍然具有以下不足：
1、辅助换流电路中使用了4个辅助开关管，导致成本很高；
2、第三、第四辅助开关管的存在使得电路的控制很复杂，可靠性降低；
3、辅助换流电路所用器件仍然较多，因此实际系统中可能的故障点也较多，系统安全性降低。以上缺点限制了该逆变器的实际应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法，所述电路为所提软开关逆变电路在保持原拓扑优点的情况下，省去了双辅助换流电路中的第三、第四辅助开关管，不仅大幅降低了逆变器的成本，同时简化了逆变电路的控制，减少了可能的故障点，从而提高了电路的实用性与安全性。
本发明所采取的技术方案是：一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法，发明技术方案如下：
本发明提出的一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，包括三相主逆变电路和三相双辅助谐振换流电路；
三相主逆变电路采用三相桥式电路结构，包括A相主逆变电路、B相主逆变电路和C相主逆变电路；三相双辅助谐振换流电路包括A相双辅助谐振换流电路、B相双辅助谐振换流电路和C相双辅助谐振换流电路；
A相双辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相双辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相双辅助谐振换流电路和C相主逆变电路依次并联连接，同时与直流电源并联连接；
各相主逆变电路包括第一主开关管、第二主开关管、第一主二极管和第二主二极管；第一主开关管的发射极连接第二主开关管的集电极，第一主开关管与第一主二极管反并联连接，第二主开关管与第二主二极管反并联连接；
各相双辅助谐振换流电路包括第一辅助开关管、第二辅助开关管、第一主谐振电容、第二主谐振电容、第一辅助谐振电容、第二辅助谐振电容、第三辅助谐振电容、第四辅助谐振电容、第一辅助谐振电感、第二辅助谐振电感、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管、第四辅助二极管、第五辅助二极管、第六辅助二极管；
第一主谐振电容的负极连接第二主谐振电容的正极，第一主谐振电容的正极连接第一辅助开关管的集电极，第二主谐振电容的负极连接第二辅助开关管的发射极，第一辅助开关管的发射极连接第一辅助谐振电感的一端，第一辅助谐振电感的另一端连接至第一主谐振电容与第二主谐振电容的连接点，第二辅助开关管的集电极连接第二辅助谐振电感的一端，第二辅助谐振电感的另一端连接至第一主谐振电容与第二主谐振电容的连接点；
第一辅助谐振电容的正极连接第一辅助开关管的集电极，第一辅助谐振电容的正极还接在直流母线正极上，第一辅助谐振电容的负极连接第三辅助二极管的阴极，第三辅助二极管的阳极连接第三辅助谐振电容的负极，第三辅助谐振电容的正极连接第四辅助谐振电容的负极，第四辅助谐振电容的负极还接在第一辅助谐振电感与第二辅助谐振电感的连接点上，第四辅助谐振电容的正极连接第四辅助二极管的阴极，第四辅助二极管的阳极连接第二辅助谐振电容的正极，第二辅助谐振电容的负极连接第二辅助开关管的发射极，第二辅助谐振电容的负极还接在直流母线负极上；
第一辅助二极管的阳极连接在第三辅助二极管的阴极与第一辅助谐振电容的负极的连接点上，第一辅助二极管的阴极连接在第一辅助开关管的发射极与第一辅助谐振电感的连接点上；第二辅助二极管的阴极连接在第四辅助二极管的阳极与第二辅助谐振电容的正极的连接点上，第二辅助二极管的阳极连接在第二辅助开关管的集电极与第二辅助谐振电感的连接点上；
第五辅助二极管的阳极接在第四辅助谐振电容的正极与第四辅助二极管的阴极的连接点上，第五辅助二极管的阴极接在直流母线正极上；第六辅助二极管的阴极接在第三辅助谐振电容的负极与第三辅助二极管的阳极的连接点上，第六辅助二极管的阳极接在直流母线负极上；
第三辅助谐振电容与第四辅助谐振电容的连接点、第一辅助谐振电感与第二辅助谐振电感的连接点、第一主谐振电容与第二主谐振电容的连接点、第一主开关管与第二主开关管的连接点依次连接，以第一主开关管与第二主开关管的连接点处的引出线为单相交流电输出端。
三相主逆变电路的第一主开关管的集电极连接第一辅助开关管的集电极，第二主开关管的发射极连接第二辅助开关管的发射极。
三相主逆变电路的第一主开关管和第二主开关管，三相双辅助谐振换流电路的第一辅助开关管、第二辅助开关管，均采用全控开关器件。
全控开关器件为绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。
三相主逆变电路中的第一主二极管和第二主二极管，三相双辅助谐振换流电路中的第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管、第四辅助二极管、第五辅助二极管、第六辅助二极管，均采用快恢复二极管或高频二极管。
双辅助谐振极型逆变电路的各相主逆变电路和各相双辅助谐振换流电路的工作模式包括：
模式a：第一主开关管处于开通状态，第二主开关管、第一辅助开关管、第二辅助开关管处于关断状态，电路处于直流电源供电状态；
模式b：第一主开关管关断，第二辅助开关管导通，负载电流换流至第一主谐振电容、第二主谐振电容、第二辅助谐振电容和第三辅助谐振电容，此时第一主谐振电容、第二主谐振电容和第三辅助谐振电容与第二辅助谐振电感开始谐振，同时第二辅助谐振电容、第四辅助谐振电容与第二辅助谐振电感也开始谐振，第二辅助谐振电容放电，第四辅助谐振电容充电。在第一主谐振电容、第二主谐振电容和第三辅助谐振电容的作用下，第一主开关管实现零电压关断，在第二辅助谐振电感的作用下，第二辅助开关管实现零电流开通；
模式c：当第二主谐振电容和第三辅助谐振电容的电压下降至零，第一主谐振电容的电压上升至输入直流电源电压值时，第二主二极管导通，负载电流换流至第二主二极管，当在第二主二极管导通期间开通第二主开关管，则第二主开关管实现零电压零电流开通；
模式d：第二辅助开关管关断，第二辅助二极管和第四辅助二极管立即导通，第二辅助谐振电感和第二辅助谐振电容、第四辅助谐振电容开始谐振，第二辅助谐振电容、第四辅助谐振电容的电压从零开始上升，故第二辅助开关管实现零电压关断；
模式e：当第二辅助谐振电容和第四辅助谐振电容的电压上升至输入直流电源电压值时，第五辅助二极管立即导通，第二辅助谐振电感中的能量通过第二辅助二极管、第四辅助二极管和第五辅助二极管回馈给直流电源，第二辅助谐振电感中的电流线性减小；
模式f：当第二辅助谐振电感中的电流线性下降到零，第二辅助二极管、第四辅助二极管和第五辅助二极管自然关断，负载电流通过第二主二极管续流；在第二主二极管导通期间关断第二主开关管，则第二主开关管实现零电压零电流关断；
模式g：第一辅助开关管开通，第一辅助谐振电感上的电流从零开始线性上升，第二主二极管中的电流线性减小，负载电流由第二主二极管向第一辅助谐振电感换流；在第一辅助谐振电感的作用下，第一辅助开关管为零电流开通；
模式h：当第一辅助谐振电感中的电流线性上升到负载电流时，负载电流完全换流至第一辅助谐振电感，第二主二极管中的电流线性下降至零自然关断，第三辅助二极管、第五辅助二极管导通，第一辅助谐振电感与第一主谐振电容、第二主谐振电容、第一辅助谐振电容、第三辅助谐振电容和第四辅助谐振电容谐振；第一主谐振电容、第一辅助谐振电容和第四辅助谐振电容的电压从直流电源电压开始下降，第二主谐振电容和第二辅助谐振电容的电压从零开始上升；
模式i：第一主谐振电容和第四辅助谐振电容的电压下降至零，第二主谐振电容的电压上升至直流电源电压，第一主二极管导通。第一辅助谐振电感中的谐振电流在第一辅助谐振电感、第一主二极管和第一辅助开关管构成的回路中环流；在第一主二极管导通期间开通第一主开关管，则第一主开关管为零电压零电流开通；
模式j：第一辅助开关管关断，第一辅助二极管和第三辅助二极管立即导通，第一辅助谐振电感和第一辅助谐振电容、第三辅助谐振电容开始谐振，第一辅助谐振电容、第三辅助谐振电容的电压从零开始上升，故第一辅助开关管实现零电压关断；
模式k：当第一辅助谐振电容和第三辅助谐振电容的电压上升至输入直流电源电压值时，第六辅助二极管立即导通，第一辅助谐振电感中的能量通过第一主二极管、第一辅助二极管、第三辅助二极管和第六辅助二极管回馈给直流电源，第一辅助谐振电感中的电流线性减小；
模式l：当第一辅助谐振电感中的电流线性减小到负载电流时，第一主二极管中的电流减小到零自然关断，第一辅助谐振电感中的电流继续减小，第一主开关管中的电流从零开始线性上升；当第一辅助谐振电感中的电流线性减小到零时，第一辅助二极管、第三辅助二极管和第六辅助二极管自然关断，负载电流全部流过第一主开关管，换流过程结束，回路工作模式回到模式a。
本发明的双辅助谐振极型逆变电路的调制方法为：
第一主开关管关断后，第二辅助开关管立即开通，第二主开关管的开通时刻比第一主开关管的关断时刻延迟δt1时间，第二辅助开关管的关断时刻比第二主开关管的开通时刻延迟δt2时间；
第二主开关管关断后，第一辅助开关管立即开通，第一主开关管的开通时刻比第二主开关管的关断时刻延迟δt1时间，第一辅助开关管的关断时刻比第一主开关管的开通时刻延迟δt2时间；
各主开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作。
所述延迟时间δt1、δt2满足以下条件：
Figure GDA0002818426380000061
δt2为一固定时间段；
其中，E为输入直流电源电压值，Ca为第一主谐振电容或第二主谐振电容的电容值，Cb为第一辅助谐振电容或第二辅助谐振电容的电容值，Cc为第三辅助谐振电容或第四辅助谐振电容的电容值，L为第一辅助谐振电感或第二辅助谐振电感的电感值，tdead为硬开关逆变器上下桥臂开关管的开关死区时间，iamax为输出最大负载电流值。
本发明的有益效果：
本发明的双辅助谐振极型逆变电路的三相主逆变电路和三相双辅助谐振换流电路中的开关器件是全控器件，包括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；
本发明的双辅助谐振极型逆变电路的所有开关管均实现了软开关，减小了开关损耗；
本发明提供的一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，省去了辅助谐振换流电路的第三、第四辅助开关管，不仅大幅降低了逆变器的成本，同时简化了逆变电路的控制，减少了可能的故障点，从而提高了电路的实用性与安全性。
附图说明
图1为辅助谐振极型三相软开关逆变器的电路图；
图2为双辅助谐振极型三相软开关逆变器的电路图；
图3为新型双辅助谐振极型三相软开关逆变器的电路图；
图4为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路三相等效电路图；
其中，1-A相双辅助谐振换流电路，2-A相主逆变电路，3-B相双辅助谐振换流电路，4-B相主逆变电路，5-C相双辅助谐振换流电路，6-C相主逆变电路；
图5为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相主逆变电路及其双辅助谐振换流电路的电路图；
图6为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的时序波形图；
图7为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路的换流工作模式图，
其中，(a)为换流工作模式a示意图，(b)为换流工作模式b示意图，(c)为换流工作模式c示意图，(d)为换流工作模式d示意图，(e)为换流工作模式e示意图，(f)为换流工作模式f示意图，(g)为换流工作模式g示意图，(h)为换流工作模式h示意图，(i)为换流工作模式i示意图，(j)为换流工作模式j示意图，(k)为换流工作模式k示意图，(l)为换流工作模式l示意图；
图8为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的主要元件的仿真波形图；
图9为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的第一主开关管S1开通时的电压和电流的仿真波形图；
图10为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的第一主开关管S1关断时的电压和电流的仿真波形图；
图11为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的第二主开关管S2开通时的电压和电流的仿真波形图；
图12为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的第二主开关管S2关断时的电压和电流的仿真波形图；
图13为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的第一辅助开关管Sa1开通和关断时的电压和电流的仿真波形图；
图14为本发明实施例提供的双辅助谐振极型逆变电路A相的第二辅助开关管Sa2开通和关断时的电压和电流的仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。
一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，包括三相主逆变电路和三相双辅助谐振换流电路。
三相主逆变电路采用三相桥式电路结构，如图4所示，包括A相主逆变电路2、B相主逆变电路4和C相主逆变电路6；三相双辅助谐振换流电路包括A相双辅助谐振换流电路1、B相双辅助谐振换流电路3和C相双辅助谐振换流电路5。
A相双辅助谐振换流电路1、A相主逆变电路2、B相双辅助谐振换流电路3、B相主逆变电路4、C相双辅助谐振换流电路5和C相主逆变电路6依次并联连接，同时与直流电源E并联连接。
各相主逆变电路包括第一主开关管、第二主开关管、第一主二极管和第二主二极管。
各相双辅助谐振换流电路包括第一辅助开关管、第二辅助开关管、第一主谐振电容、第二主谐振电容、第一辅助谐振电容、第二辅助谐振电容、第三辅助谐振电容、第四辅助谐振电容、第一辅助谐振电感、第二辅助谐振电感、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管、第四辅助二极管、第五辅助二极管、第六辅助二极管。
A相主逆变电路及其双辅助谐振换流电路如图5所示。
在A相上，第一主开关管S1、第二主开关管S2位于A相桥臂，第一主开关管S1的发射极连接第二主开关管S2的集电极，第一主开关管S1与第一主二极管D1反并联连接，第二主开关管S2与第二主二极管D2反并联连接；第一主谐振电容C1与第一主开关管S1并联；第二主谐振电容C2与第二主开关管S2并联。第一主谐振电容C1的负极连接第二主谐振电容C2的正极，第一主谐振电容C1的正极连接第一辅助开关管Sa1的集电极，第二主谐振电容C2的负极连接第二辅助开关管Sa2的发射极，第一辅助开关管Sa1的发射极连接第一辅助谐振电感La1的一端，第一辅助谐振电感La1的另一端连接至第一主谐振电容C1与第二主谐振电容C2的连接点，第二辅助开关管Sa2的集电极连接第二辅助谐振电感La2的一端，第二辅助谐振电感La2的另一端连接至第一主谐振电容C1与第二主谐振电容C2的连接点；
第一辅助谐振电容Ca1的正极连接第一辅助开关管Sa1的集电极，第一辅助谐振电容Ca1的正极还接在直流母线P极上，第一辅助谐振电容Ca1的负极连接第三辅助二极管Da3的阴极，第三辅助二极管Da3的阳极连接第三辅助谐振电容Ca3的负极，第三辅助谐振电容Ca3的正极连接第四辅助谐振电容Ca4的负极，第四辅助谐振电容Ca4的负极还接在第一辅助谐振电感La1与第二辅助谐振电感La2的连接点上，第四辅助谐振电容Ca4的正极连接第四辅助二极管Da4的阴极，第四辅助二极管Da4的阳极连接第二辅助谐振电容Ca2的正极，第二辅助谐振电容Ca2的负极连接第二辅助开关管Sa2的发射极，第二辅助谐振电容Ca2的负极还接在直流母线N极上；
第一辅助二极管Da1的阳极连接在第三辅助二极管Da3的阴极与第一辅助谐振电容Ca1的负极的连接点上，第一辅助二极管Da1的阴极连接在第一辅助开关管Sa1的发射极与第一辅助谐振电感La1的连接点上；第二辅助二极管Da2的阴极连接在第四辅助二极管Da4的阳极与第二辅助谐振电容Ca2的正极的连接点上，第二辅助二极管Da2的阳极连接在第二辅助开关管Sa2的集电极与第二辅助谐振电感La2的连接点上；
第五辅助二极管Da5的阳极接在第四辅助谐振电容Ca4的正极与第四辅助二极管Da4的阴极的连接点上，第五辅助二极管Da5的阴极接在直流母线P极上；第六辅助二极管Da6的阴极接在第三辅助谐振电容Ca3的负极与第三辅助二极管Da3的阳极的连接点上，第六辅助二极管Da6的阳极接在直流母线N极上；
第三辅助谐振电容Ca3与第四辅助谐振电容Ca4的连接点、第一辅助谐振电感La1与第二辅助谐振电感La2的连接点、第一主谐振电容C1与第二主谐振电容C2的连接点、第一主开关管S1与第二主开关管S2的连接点依次连接，以第一主开关管S1与第二主开关管S2的连接点处的引出线为A相交流电输出端。
在B相上，第一主开关管S3、第二主开关管S4位于B相桥臂，第一主开关管S3的发射极连接第二主开关管S4的集电极，第一主开关管S3与第一主二极管D3反并联连接，第二主开关管S4与第二主二极管D4反并联连接；第一主谐振电容C3与第一主开关管S3并联；第二主谐振电容C4与第二主开关管S4并联。第一主谐振电容C3的负极连接第二主谐振电容C4的正极，第一主谐振电容C3的正极连接第一辅助开关管Sa3的集电极，第二主谐振电容C4的负极连接第二辅助开关管Sa4的发射极，第一辅助开关管Sa3的发射极连接第一辅助谐振电感La3的一端，第一辅助谐振电感La3的另一端连接至第一主谐振电容C3与第二主谐振电容C4的连接点，第二辅助开关管Sa4的集电极连接第二辅助谐振电感La4的一端，第二辅助谐振电感La4的另一端连接至第一主谐振电容C3与第二主谐振电容C4的连接点；
第一辅助谐振电容Ca5的正极连接第一辅助开关管Sa3的集电极，第一辅助谐振电容Ca5的正极还接在直流母线P极上，第一辅助谐振电容Ca5的负极连接第三辅助二极管Da9的阴极，第三辅助二极管Da9的阳极连接第三辅助谐振电容Ca7的负极，第三辅助谐振电容Ca7的正极连接第四辅助谐振电容Ca8的负极，第四辅助谐振电容Ca8的负极还接在第一辅助谐振电感La3与第二辅助谐振电感La4的连接点上，第四辅助谐振电容Ca8的正极连接第四辅助二极管Da10的阴极，第四辅助二极管Da10的阳极连接第二辅助谐振电容Ca6的正极，第二辅助谐振电容Ca6的负极连接第二辅助开关管Sa4的发射极，第二辅助谐振电容Ca6的负极还接在直流母线N极上；
第一辅助二极管Da7的阳极连接在第三辅助二极管Da9的阴极与第一辅助谐振电容Ca5的负极的连接点上，第一辅助二极管Da7的阴极连接在第一辅助开关管Sa3的发射极与第一辅助谐振电感La3的连接点上；第二辅助二极管Da8的阴极连接在第四辅助二极管Da10的阳极与第二辅助谐振电容Ca6的正极的连接点上，第二辅助二极管Da8的阳极连接在第二辅助开关管Sa4的集电极与第二辅助谐振电感La4的连接点上；
第五辅助二极管Da11的阳极接在第四辅助谐振电容Ca8的正极与第四辅助二极管Da10的阴极的连接点上，第五辅助二极管Da11的阴极接在直流母线P极上；第六辅助二极管Da12的阴极接在第三辅助谐振电容Ca7的负极与第三辅助二极管Da7的阳极的连接点上，第六辅助二极管Da12的阳极接在直流母线N极上；
第三辅助谐振电容Ca7与第四辅助谐振电容Ca8的连接点、第一辅助谐振电感La3与第二辅助谐振电感La4的连接点、第一主谐振电容C3与第二主谐振电容C4的连接点、第一主开关管S3与第二主开关管S4的连接点依次连接，以第一主开关管S3与第二主开关管S4的连接点处的引出线为B相交流电输出端。
在C相上，第一主开关管S5、第二主开关管S6位于C相桥臂，第一主开关管S5的发射极连接第二主开关管S6的集电极，第一主开关管S5与第一主二极管D5反并联连接，第二主开关管S6与第二主二极管D6反并联连接；第一主谐振电容C5与第一主开关管S5并联；第二主谐振电容C6与第二主开关管S6并联。第一主谐振电容C5的负极连接第二主谐振电容C6的正极，第一主谐振电容C5的正极连接第一辅助开关管Sa5的集电极，第二主谐振电容C6的负极连接第二辅助开关管Sa6的发射极，第一辅助开关管Sa5的发射极连接第一辅助谐振电感La5的一端，第一辅助谐振电感La5的另一端连接至第一主谐振电容C5与第二主谐振电容C6的连接点，第二辅助开关管Sa6的集电极连接第二辅助谐振电感La6的一端，第二辅助谐振电感La6的另一端连接至第一主谐振电容C5与第二主谐振电容C6的连接点；
第一辅助谐振电容Ca9的正极连接第一辅助开关管Sa5的集电极，第一辅助谐振电容Ca9的正极还接在直流母线P极上，第一辅助谐振电容Ca9的负极连接第三辅助二极管Da15的阴极，第三辅助二极管Da15的阳极连接第三辅助谐振电容Ca11的负极，第三辅助谐振电容Ca11的正极连接第四辅助谐振电容Ca12的负极，第四辅助谐振电容Ca12的负极还接在第一辅助谐振电感La5与第二辅助谐振电感La6的连接点上，第四辅助谐振电容Ca12的正极连接第四辅助二极管Da16的阴极，第四辅助二极管Da16的阳极连接第二辅助谐振电容Ca10的正极，第二辅助谐振电容Ca10的负极连接第二辅助开关管Sa6的发射极，第二辅助谐振电容Ca10的负极还接在直流母线N极上；
第一辅助二极管Da13的阳极连接在第三辅助二极管Da15的阴极与第一辅助谐振电容Ca11的负极的连接点上，第一辅助二极管Da13的阴极连接在第一辅助开关管Sa5的发射极与第一辅助谐振电感La5的连接点上；第二辅助二极管Da14的阴极连接在第四辅助二极管Da16的阳极与第二辅助谐振电容Ca10的正极的连接点上，第二辅助二极管Da14的阳极连接在第二辅助开关管Sa6的集电极与第二辅助谐振电感La6的连接点上；
第五辅助二极管Da17的阳极接在第四辅助谐振电容Ca12的正极与第四辅助二极管Da16的阴极的连接点上，第五辅助二极管Da17的阴极接在直流母线P极上；第六辅助二极管Da18的阴极接在第三辅助谐振电容Ca11的负极与第三辅助二极管Da15的阳极的连接点上，第六辅助二极管Da18的阳极接在直流母线N极上；
第三辅助谐振电容Ca11与第四辅助谐振电容Ca12的连接点、第一辅助谐振电感La5与第二辅助谐振电感La6的连接点、第一主谐振电容C5与第二主谐振电容C6的连接点、第一主开关管S5与第二主开关管S6的连接点依次连接，以第一主开关管S5与第二主开关管S6的连接点处的引出线为C相交流电输出端。
三相主逆变电路的第一主开关管的集电极连接第一辅助开关管的集电极，第二主开关管的发射极连接第二辅助开关管的发射极。
三相主逆变电路的第一主开关管和第二主开关管，三相双辅助谐振换流电路的第一辅助开关管、第二辅助开关管，均采用全控开关器件。
全控开关器件为绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。
三相主逆变电路中的第一主二极管和第二主二极管，三相双辅助谐振换流电路中的第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管、第四辅助二极管、第五辅助二极管、第六辅助二极管，均采用快恢复二极管或高频二极管。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路适用于各种功率等级的逆变场合，尤其在大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，分析本实施例的双辅助谐振极型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例的双辅助谐振极型逆变电路中进行电能变换，具体电能变换过程如下：
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路的A、B、C三相之间相位互差120°，每一相主逆变电路的桥臂的第一主开关管和第二主开关管相位互差180°电角度互补导通，主开关管的触发信号为相位差180°电角度的带死区的SPWM信号，在主开关管进入死区的同时，相应的辅助开关管被触发开通，在主开关管的死区时间结束后，辅助开关管被关断。在主开关管开通时，该软开关逆变器的工作过程与传统的硬开关三相桥式逆变器工作过程相同。在主开关管进入死区时，辅助开关管开通，此时双辅助谐振换流电路工作。双辅助谐振极型逆变电路的每一相电路在一个开关周期中主逆变电路与双辅助谐振换流电路分别交替工作一次。
本发明具体实施例的双辅助谐振极型逆变电路的A相的时序波形图如图6所示，以A相为例，双辅助谐振极型逆变电路的调制方法为：
第一主开关管关断后，第二辅助开关管立即开通，第二主开关管的开通时刻比第一主开关管的关断时刻延迟δt1时间，第二辅助开关管的关断时刻比第二主开关管的开通时刻延迟δt2时间；
第二主开关管关断后，第一辅助开关管立即开通，第一主开关管的开通时刻比第二主开关管的关断时刻延迟δt1时间，第一辅助开关管的关断时刻比第一主开关管的开通时刻延迟δt2时间；
各主开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作。
所述延迟时间δt1、δt2满足以下条件：
Figure GDA0002818426380000111
δt2为一固定时间段；
其中，E为输入直流电源电压值，Ca为第一主谐振电容或第二主谐振电容的电容值，Cb为第一辅助谐振电容或第二辅助谐振电容的电容值，Cc为第三辅助谐振电容或第四辅助谐振电容的电容值，L为第一辅助谐振电感或第二辅助谐振电感的电感值，tdead为硬开关逆变器上下桥臂开关管的开关死区时间，iamax为输出最大负载电流值。
B相与C相主逆变电路及其双辅助谐振换流电路调制方法与A相相同。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路的A相电路在一个开关周期内的12个工作模式，如图7所示。为简化分析，假设：①所有器件均为理想器件；②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。
双辅助谐振极型逆变电路的A相主逆变电路和A相双辅助谐振换流电路的工作模式，包括：
模式a[～t0]：如图7(a)所示，第一主开关管S1导通，第二主开关管S2、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2关断，直流电源E通过第一主开关管S1给负载提供能量，第一主开关管S1流过的电流为负载电流ia；此时，双辅助谐振换流电路中各谐振元件的初始状态为：vC1＝vCa4＝0，vC2＝vCa1＝vCa2＝vCa3＝E，iLa1＝iLa2＝0。
模式b[t0～t1]：如图7(b)所示，t0时刻，第一主开关管S1关断，同时开通第二辅助开关管Sa2，负载电流ia换流至第一主谐振电容C1、第二主谐振电容C2、第二辅助谐振电容Ca2、第三辅助谐振电容Ca3。第一主谐振电容C1、第二主谐振电容C2、第二辅助谐振电容Ca2、第三辅助谐振电容Ca3和第四辅助谐振电容Ca4第二辅助谐振电感La2开始谐振，第二主谐振电容C2、第二辅助谐振电容Ca2和第三辅助谐振电容Ca3放电，第一主谐振电容C1和第四辅助谐振电容Ca4充电。在第一主谐振电容C1、第二主谐振电容C2和第三辅助谐振电容Ca3作用下，第一主开关管S1实现零电压关断，在第二辅助谐振电感La2的作用下，第二辅助开关管Sa2实现零电流开通。
模式c[t1～t2]：如图7(c)所示，t1时刻，当第二主谐振电容C2和第三辅助谐振电容Ca3的电压下降至零，第一主谐振电容C1的电压上升至输入直流电源电压值E时，第二主二极管D2导通，负载电流ia换流至第二主二极管D2，第二辅助谐振电感La2中的谐振电流在第二辅助谐振电感La2、第二辅助开关管Sa2和第二主二极管D2构成的回路中环流。当第二主二极管D2导通期间开通第二主开关管S2，则第二主开关管S2实现零电压零电流开通。
模式d[t2～t3]：如图7(d)所示，t2时刻，第二辅助开关管Sa2关断，第二辅助二极管Da2和第四辅助二极管Da4立即导通，第二辅助谐振电感La2和第二辅助谐振电容Ca2、第四辅助谐振电容Ca4开始谐振，第二辅助谐振电容Ca2、第四辅助谐振电容Ca4的电压从零开始上升，故第二辅助开关管Sa2实现零电压关断。
模式e[t3～t4]：如图7(e)所示，t3时刻，当第二辅助谐振电容Ca2和第四辅助谐振电容Ca4的电压上升至输入直流电源电压值E时，第五辅助二极管Da5立即导通，第二辅助谐振电感La2中的能量通过第二辅助二极管Da2、第四辅助二极管Da4和第五辅助二极管Da5回馈给直流电源，第二辅助谐振电感La2中的电流线性减小。
模式f[t4～t5]：如图7(f)所示，t4时刻，第二辅助谐振电感La2中的电流下降至零，第二辅助二极管Da2、第四辅助二极管Da4和第五辅助二极管Da5中的电流线性减小到零自然关断。负载电流ia通过第二主二极管D2续流，与传统硬开关逆变器二极管续流工作模式相同。
模式g[t5～t6]：如图7(g)所示，t5时刻，关断第二主开关管S2同时开通第一辅助开关管Sa1，第一辅助谐振电感La1两端承受直流电源电压E，第一辅助谐振电感La1中的电流由零开始线性上升，第二主二极管D2中的电流从ia线性下降，负载电流ia由第二主二极管D2向第一辅助谐振电感La1换流。在第二主二极管D2导通期间关断第二主开关管S2，则第二主开关管S2实现零电压零电流关断。在第一辅助谐振电感La1的作用下，第一辅助开关管Sa1实现零电流开通。
模式h[t6～t7]：如图7(h)所示，t6时刻，当第一辅助谐振电感La1中的电流上升至负载电流ia，负载电流ia完全换流至第一辅助谐振电感La1，第二主二极管D2中的电流线性减小到零自然关断，第三辅助二极管Da3、第五辅助二极管Da5导通，第一辅助谐振电感La1与第一主谐振电容C1、第二主谐振电容C2、第一辅助谐振电容Ca1、第三辅助谐振电容Ca3和第四辅助谐振电容Ca4谐振。第一主谐振电容C1、第一辅助谐振电容Ca1和第四辅助谐振电容Ca4放电，第二主谐振电容C2和第三辅助谐振电容Ca3充电。
模式i[t7～t8]：如图7(i)所示，t7时刻，当第一主谐振电容C1和第四辅助谐振电容Ca4的电压下降至零，第二主谐振电容C2的电压上升至输入直流电源电压值E时，第一主二极管D1导通，第一辅助谐振电感La1中的谐振电流在第一辅助谐振电感La1、第一辅助开关管Sa1和第一主二极管D1构成的回路中环流。在第一主二极管D1导通期间开通第一主开关管S1，则第一主开关管S1实现零电压零电流开通。
模式j[t8～t9]：如图7(j)所示，t8时刻，第一辅助开关管Sa1关断，第一辅助二极管Da1和第三辅助二极管Da3立即导通，第一辅助谐振电感La1和第一辅助谐振电容Ca1、第三辅助谐振电容Ca3开始谐振，第一辅助谐振电容Ca1、第三辅助谐振电容Ca3的电压从零开始上升，故第一辅助开关管Sa3实现零电压关断。
模式k[t9～t10]：如图7(k)所示，t9时刻，当第一辅助谐振电容Ca1和第三辅助谐振电容Ca3的电压上升至输入直流电源电压值E时，第六辅助二极管Da6立即导通，第一辅助谐振电感La1中的能量通过第一辅助二极管Da1、第三辅助二极管Da3和第六辅助二极管Da6回馈给直流电源，第一辅助谐振电感La1中的电流线性减小。
模式l[t10～t11]：如图7(l)所示，t10时刻，当第一辅助谐振电感La1的电流下降至负载电流ia时，第一主二极管D1中的电流减小到零自然关断，第一辅助谐振电感La1中的电流继续减小，第一主开关管S1中的电流从零开始线性上升；当第一辅助谐振电感La1中的电流线性减小到零时，第一辅助二极管Da1、第三辅助二极管Da3和第六辅助二极管Da6自然关断，负载电流ia全部流过第一主开关管S1，换流过程结束，回路工作模式回到模式a。
双辅助谐振极型逆变电路的B相与C相的主逆变电路和双辅助谐振换流电路的工作模式与A相主逆变电路和双辅助谐振换流电路的工作模式相同。
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。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路A相的主要元件的仿真波形如图8所示，可以看出，第一主谐振电容C1、第二主谐振电容C2、第一辅助谐振电容Ca1和第二辅助谐振电容Ca2两端的电压上升率受到限制，第一辅助谐振电感La1和第二辅助谐振电感La2中的电流上升率受到限制。由于谐振电感和谐振电容的存在，开关器件开通后其电流上升率受到了限制，开关器件关断后其电压上升率受到了限制，从而实现了主、辅开关器件的软开关。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路A相的第一主开关管S1开通时的电压vS1和电流iS1的仿真波形如图9所示，由图9可知，第一主开关管S1开通前后，其两端电压vS1始终为零，且第一主开关管S1开通一段时间后，其流过的电流iS1才从零开始上升，故第一主开关管S1实现ZVZCS(零电压零电流)开通。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路A相的第一主开关管S1关断时的电压vS1和电流iS1的仿真波形如图10所示，由图10可知，第一主开关管S1关断之后，其流过的电流iS1迅速下降至零，其两端电压vS1从零开始谐振上升，故第一主开关管S1实现ZVS(零电压)关断。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路A相的第二主开关管S2开通时的电压vS2和电流iS2的仿真波形如图11所示，由图11可知，第二主开关管S2开通前后，其两端电压vS2始终为零，且开通过程中第二主开关管S2中的电流iS2为零，故第二主开关管S2实现ZVZCS(零电压零电流)开通。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路A相的第二主开关管S2关断时的电压vS2和电流iS2的仿真波形如图12所示，由图12可知，第二主开关管S2关断一段时间后，其两端电压vS2才从零开始上升，且关断过程中第二主开关管S2中的电流iS2为零，故第二主开关管S2实现ZVZCS(零电压零电流)关断。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路A相的第一辅助开关管Sa1开通和关断时的电压vSa1和电流iSa1的仿真波形如图13所示，由Ⅰ区域可知，在第一辅助开关管Sa1开通之后，其两端电压vSa1迅速下降至零，流过第一辅助开关管Sa1的电流iSa1从零开始线性上升，故第一辅助开关管Sa1实现ZCS(零电流)开通；由Ⅱ区域可知，第一辅助开关管Sa1关断之后，流过第一辅助开关管Sa1的电流iSa1迅速下降到零，其两端电压vSa1从零谐振上升，故第一辅助开关管Sa1实现ZVS(零电压)关断。
本实施例的双辅助谐振极型逆变电路A相的第二辅助开关管Sa2开通和关断时的电压vSa2和电流iSa2的仿真波形如图14所示，由Ⅰ区域可知，在第二辅助开关管Sa2开通之后，其两端电压vSa2迅速下降至零，流过第二辅助开关管Sa2的电流iSa2从零开始谐振上升，故第二辅助开关管Sa2实现ZCS(零电流)开通；由Ⅱ区域可知，第二辅助开关管Sa2关断之后，流过第二辅助开关管Sa2的电流iSa2迅速下降到零，其两端电压vSa2谐振上升，故第二辅助开关管Sa2实现近似ZVS(零电压)关断。
根据对图8至图14的分析可知，本实施例的双辅助谐振极型三相软开关逆变电路在比原新型双辅助谐振极型逆变电路一共减少使用6个辅助开关管，所有开关管均能实现软开关动作，这说明本实施例的双辅助谐振极型逆变电路不仅大幅降低了逆变器的成本，并且成功简化了双辅助谐振极逆变电路的控制，减少了可能的故障点，提高了实际应用的可靠性与安全性。

Claims (6)

1.一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，其特征在于：包括三相主逆变电路和三相双辅助谐振换流电路；
所述三相主逆变电路采用三相桥式电路结构，包括A相主逆变电路、B相主逆变电路和C相主逆变电路；所述三相双辅助谐振换流电路包括A相双辅助谐振换流电路、B相双辅助谐振换流电路和C相双辅助谐振换流电路；
所述A相双辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相双辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相双辅助谐振换流电路和C相主逆变电路依次并联连接，同时与直流电源并联连接；
所述各相主逆变电路包括第一主开关管、第二主开关管、第一主二极管和第二主二极管；第一主开关管的发射极连接第二主开关管的集电极，第一主开关管与第一主二极管反并联连接，第二主开关管与第二主二极管反并联连接；
所述各相双辅助谐振换流电路包括第一辅助开关管、第二辅助开关管、第一主谐振电容、第二主谐振电容、第一辅助谐振电容、第二辅助谐振电容、第三辅助谐振电容、第四辅助谐振电容、第一辅助谐振电感、第二辅助谐振电感、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管、第四辅助二极管、第五辅助二极管、第六辅助二极管；
第一主谐振电容的负极连接第二主谐振电容的正极，第一主谐振电容的正极连接第一辅助开关管的集电极，第二主谐振电容的负极连接第二辅助开关管的发射极，第一辅助开关管的发射极连接第一辅助谐振电感的一端，第一辅助谐振电感的另一端连接至第一主谐振电容与第二主谐振电容的连接点，第二辅助开关管的集电极连接第二辅助谐振电感的一端，第二辅助谐振电感的另一端连接至第一主谐振电容与第二主谐振电容的连接点；
第一辅助谐振电容的正极连接第一辅助开关管的集电极，第一辅助谐振电容的正极还接在直流母线正极上，第一辅助谐振电容的负极连接第三辅助二极管的阴极，第三辅助二极管的阳极连接第三辅助谐振电容的负极，第三辅助谐振电容的正极连接第四辅助谐振电容的负极，第四辅助谐振电容的负极还接在第一辅助谐振电感与第二辅助谐振电感的连接点上，第四辅助谐振电容的正极连接第四辅助二极管的阴极，第四辅助二极管的阳极连接第二辅助谐振电容的正极，第二辅助谐振电容的负极连接第二辅助开关管的发射极，第二辅助谐振电容的负极还接在直流母线负极上；
第一辅助二极管的阳极连接在第三辅助二极管的阴极与第一辅助谐振电容的负极的连接点上，第一辅助二极管的阴极连接在第一辅助开关管的发射极与第一辅助谐振电感的连接点上；第二辅助二极管的阴极连接在第四辅助二极管的阳极与第二辅助谐振电容的正极的连接点上，第二辅助二极管的阳极连接在第二辅助开关管的集电极与第二辅助谐振电感的连接点上；
第五辅助二极管的阳极接在第四辅助谐振电容的正极与第四辅助二极管的阴极的连接点上，第五辅助二极管的阴极接在直流母线正极上；第六辅助二极管的阴极接在第三辅助谐振电容的负极与第三辅助二极管的阳极的连接点上，第六辅助二极管的阳极接在直流母线负极上；
第三辅助谐振电容与第四辅助谐振电容的连接点、第一辅助谐振电感与第二辅助谐振电感的连接点、第一主谐振电容与第二主谐振电容的连接点、第一主开关管与第二主开关管的连接点依次连接，以第一主开关管与第二主开关管的连接点处的引出线为单相交流电输出端；
该双辅助谐振极型逆变电路的各相主逆变电路和各相双辅助谐振换流电路的工作模式包括：
模式a：第一主开关管处于开通状态，第二主开关管、第一辅助开关管、第二辅助开关管处于关断状态；电路处于电源供电状态；
模式b：第一主开关管关断，第二辅助开关管导通，负载电流换流至第一主谐振电容、第二主谐振电容、第二辅助谐振电容和第三辅助谐振电容，此时第一主谐振电容、第二主谐振电容和第三辅助谐振电容与第二辅助谐振电感开始谐振，同时第二辅助谐振电容、第四辅助谐振电容与第二辅助谐振电感也开始谐振，第二辅助谐振电容放电，第四辅助谐振电容充电；在第一主谐振电容、第二主谐振电容和第三辅助谐振电容的作用下，第一主开关管实现零电压关断，在第二辅助谐振电感的作用下，第二辅助开关管实现零电流开通；
模式c：当第二主谐振电容和第三辅助谐振电容的电压下降至零，第一主谐振电容的电压上升至输入直流电源电压值时，第二主二极管导通，负载电流换流至第二主二极管，当在第二主二极管导通期间开通第二主开关管，则第二主开关管实现零电压零电流开通；
模式d：第二辅助开关管关断，第二辅助二极管和第四辅助二极管立即导通，第二辅助谐振电感和第二辅助谐振电容、第四辅助谐振电容开始谐振，第二辅助谐振电容、第四辅助谐振电容的电压从零开始上升，故第二辅助开关管实现零电压关断；
模式e：当第二辅助谐振电容和第四辅助谐振电容的电压上升至输入直流电源电压值时，第五辅助二极管立即导通，第二辅助谐振电感中的能量通过第二辅助二极管、第四辅助二极管和第五辅助二极管回馈给直流电源，第二辅助谐振电感中的电流线性减小；
模式f：当第二辅助谐振电感中的电流线性下降到零，第二辅助二极管、第四辅助二极管和第五辅助二极管自然关断，负载电流通过第二主二极管续流；在第二主二极管导通期间关断第二主开关管，则第二主开关管实现零电压零电流关断；
模式g：第一辅助开关管开通，第一辅助谐振电感上的电流从零开始线性上升，第二主二极管中的电流线性减小，负载电流由第二主二极管向第一辅助谐振电感换流；在第一辅助谐振电感的作用下，第一辅助开关管为零电流开通；
模式h：当第一辅助谐振电感中的电流线性上升到负载电流时，负载电流完全换流至第一辅助谐振电感，第二主二极管中的电流线性下降至零自然关断，第三辅助二极管、第五辅助二极管导通，第一辅助谐振电感与第一主谐振电容、第二主谐振电容、第一辅助谐振电容、第三辅助谐振电容和第四辅助谐振电容谐振；第一主谐振电容、第一辅助谐振电容和第四辅助谐振电容的电压从直流电源电压开始下降，第二主谐振电容和第三辅助谐振电容的电压从零开始上升；
模式i：第一主谐振电容和第四辅助谐振电容的电压下降至零，第二主谐振电容的电压上升至直流电源电压，第一主二极管导通；第一辅助谐振电感中的谐振电流在第一辅助谐振电感、第一主二极管和第一辅助开关管构成的回路中环流；在第一主二极管导通期间开通第一主开关管，则第一主开关管为零电压零电流开通；
模式j：第一辅助开关管关断，第一辅助二极管和第三辅助二极管立即导通，第一辅助谐振电感和第一辅助谐振电容、第三辅助谐振电容开始谐振，第一辅助谐振电容、第三辅助谐振电容的电压从零开始上升，故第一辅助开关管实现零电压关断；
模式k：当第一辅助谐振电容和第三辅助谐振电容的电压上升至输入直流电源电压值时，第六辅助二极管立即导通，第一辅助谐振电感中的能量通过第一主二极管、第一辅助二极管、第三辅助二极管和第六辅助二极管回馈给直流电源，第一辅助谐振电感中的电流线性减小；
模式l：当第一辅助谐振电感中的电流线性减小到负载电流时，第一主二极管中的电流减小到零自然关断，第一辅助谐振电感中的电流继续减小，第一主开关管中的电流从零开始线性上升；当第一辅助谐振电感中的电流线性减小到零时，第一辅助二极管、第三辅助二极管和第六辅助二极管自然关断，负载电流全部流过第一主开关管，换流过程结束，回路工作模式回到模式a。
2.根据权利要求1所述的一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，其特征在于：所述三相主逆变电路的第一主开关管的集电极连接第一辅助开关管的集电极，第二主开关管的发射极连接第二辅助开关管的发射极。
3.根据权利要求1所述的一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，其特征在于：所述三相主逆变电路的第一主开关管和第二主开关管，三相双辅助谐振换流电路的第一辅助开关管、第二辅助开关管，均采用全控开关器件。
4.根据权利要求3所述的一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，其特征在于：所述全控开关器件为绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管或智能功率模块。
5.根据权利要求1所述的一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路，其特征在于：所述三相主逆变电路中的第一主二极管和第二主二极管，三相双辅助谐振换流电路中的第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管、第四辅助二极管、第五辅助二极管、第六辅助二极管，均采用快恢复二极管或高频二极管。
6.权利要求1所述的一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路的调制方法，其特征在于：该调制方法如下：
第一主开关管关断后，第二辅助开关管立即开通，第二主开关管的开通时刻比第一主开关管的关断时刻延迟δt1时间，第二辅助开关管的关断时刻比第二主开关管的开通时刻延迟δt2时间；
第二主开关管关断后，第一辅助开关管立即开通，第一主开关管的开通时刻比第二主开关管的关断时刻延迟δt1时间，第一辅助开关管的关断时刻比第一主开关管的开通时刻延迟δt2时间；
各主开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作；
所述延迟时间δt1、δt2满足以下条件：
Figure FDA0002818426370000041
δt2为一固定时间段；
其中，E为输入直流电源电压值，Ca为第一主谐振电容或第二主谐振电容的电容值，Cb为第一辅助谐振电容或第二辅助谐振电容的电容值，Cc为第三辅助谐振电容或第四辅助谐振电容的电容值，L为第一辅助谐振电感或第二辅助谐振电感的电感值，tdead为硬开关逆变器上下桥臂开关管的开关死区时间，iamax为输出最大负载电流值。
CN201910640259.5A 2019-07-16 2019-07-16 一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法 Active CN110277934B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910640259.5A CN110277934B (zh) 2019-07-16 2019-07-16 一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910640259.5A CN110277934B (zh) 2019-07-16 2019-07-16 一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110277934A CN110277934A (zh) 2019-09-24
CN110277934B true CN110277934B (zh) 2021-02-26

Family

ID=67964782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910640259.5A Active CN110277934B (zh) 2019-07-16 2019-07-16 一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110277934B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111900894B (zh) * 2020-06-17 2021-09-21 东南大学 可全功率因数运行零电压转换非隔离并网逆变器的开关控制方法
CN113395005B (zh) * 2021-08-16 2021-11-26 深圳市德兰明海科技有限公司 逆变电路及其驱动方法、以及多相逆变电路与逆变器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103391018A (zh) * 2013-07-19 2013-11-13 江苏斯达工业科技有限公司 一种电力变换器的拓扑结构及其控制方法
CN103701356A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 东北大学 一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器
US9231493B1 (en) * 2014-08-11 2016-01-05 Infineon Technologies Austria Ag Rectifier with auxiliary voltage output
CN106787903A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 辽宁石油化工大学 用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路
JP2018121472A (ja) * 2017-01-26 2018-08-02 株式会社デンソー 電力変換装置
CN208257666U (zh) * 2018-05-28 2018-12-18 钟曙 一种三开关推挽输入高频链单级逆变电路
CN109831111A (zh) * 2019-03-20 2019-05-31 浙江大学 一种两级式三相软开关变流器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI559667B (zh) * 2015-12-08 2016-11-21 財團法人工業技術研究院 軟式切換輔助電路

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103391018A (zh) * 2013-07-19 2013-11-13 江苏斯达工业科技有限公司 一种电力变换器的拓扑结构及其控制方法
CN103701356A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 东北大学 一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器
US9231493B1 (en) * 2014-08-11 2016-01-05 Infineon Technologies Austria Ag Rectifier with auxiliary voltage output
CN106787903A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 辽宁石油化工大学 用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路
JP2018121472A (ja) * 2017-01-26 2018-08-02 株式会社デンソー 電力変換装置
CN208257666U (zh) * 2018-05-28 2018-12-18 钟曙 一种三开关推挽输入高频链单级逆变电路
CN109831111A (zh) * 2019-03-20 2019-05-31 浙江大学 一种两级式三相软开关变流器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A novel soft switching PWM sinewave converter with regenerative pulse current edge-resonant snubber power modules for distributed power supplies";Mantaru Nakamura等;《Second International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2004)》;20041101;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110277934A (zh) 2019-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9673730B2 (en) Double auxiliary resonant commutated pole three-phase soft-switching inverter circuit and modulation method
CN107493025B (zh) 一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法
WO2023098826A1 (zh) 谐振型双有源桥式变换电路的控制方法、控制器及变换器
CN109639170B (zh) 辅助谐振极有源钳位三电平软开关逆变电路及调制方法
CN108736756B (zh) 一种改进型双辅助谐振极型三相软开关逆变电路
CN109039205B (zh) SiC器件电流源型双三相永磁同步电机驱动系统及方法
CN109639160B (zh) 基于软开关技术的新型单向三相三电平整流器
CN103312165A (zh) 一种高频多相交错式变换装置及控制方法
WO2022011833A1 (zh) 一种三相逆变器及三相逆变器的控制方法
CN103701356A (zh) 一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器
CN108809137B (zh) 一种结构简单的辅助谐振极逆变电路
CN110277934B (zh) 一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法
Wang et al. An efficient three-phase resonant DC-link inverter with low energy consumption
CN110034685B (zh) 基于Si-IGBT和SiC-MOSFET混合开关的串联谐振型双有源桥变换器
CN109698627B (zh) 一种基于开关电容器的全桥dc/dc变换器及其调制策略
CN112953288B (zh) 用于谐振直流环节软开关逆变器的调制方法
CN108566111B (zh) 新型双辅助谐振极型三相软开关逆变电路及其调制方法
CN114665735B (zh) Anpc三电平逆变拓扑电路、控制方法及控制装置
Chu et al. Research on an active double auxiliary resonant commutated pole soft-switching inverter
CN111697867B (zh) 光伏电源系统、逆变器和逆变装置及其控制方法
CN113162454B (zh) 一种三相无源无损软开关逆变电路
CN113541520B (zh) 基于svpwm的谐振直流环节三相逆变器的调制方法
CN112953289B (zh) 谐振直流环节软开关逆变器及其调制方法
CN107659198B (zh) 适用于大功率场合三相双向ac/dc变换器及控制方法
Ding et al. Star-Connected Modular Auxiliary Resonant Commutated Pole Inverter with Commutation-Aligned PWM Modulation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant