CN113972835B - 一种电容分压辅助换流的软开关anpc三电平逆变器 - Google Patents

一种电容分压辅助换流的软开关anpc三电平逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，包括第一主开关管S1、第二主开关管S2、第三主开关管S3、第四主开关管S4、第五主开关管S5、第六主开关管S6、第一分压电容Cd1、第二分压电容Cd2、滤波电感LTf、输入电源VTf、辅助电容Ca1、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4、辅助换流电感Lr；通过本发明，能够实现主回路开关的ZVS导通和辅助回路开关的ZCS导通。辅助换流使得ANPC（有源中性点钳位）外环的主开关高频动作时电压变化率小，防止过压现象。辅助换流电容交替充放电，电荷平衡使得电容分压点保持恒压状态。有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。

Description

一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器
技术领域
本发明涉及电力电子变流技术领域，尤其涉及一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器。
背景技术
通常采用功率因数校正PFC提高功率因数PF和降低总谐波失真。在众多的PFC电路中，Boost变换器因其结构简单、输入电流连续和特性统一性强得到广泛的应用。
D.Divan在1989年提出第一个现代软开关变换器：主动箝位谐振型DC-Link逆变器AC-RDCL。R.De Doncker在1990年提出了辅助谐振换向极变换器ARCP。在最初提出的ARCP逆变器中，换流电流脉冲由一个DC-link直流母线电容、一个双向开关和一个谐振电感组成的辅助电路产生，即采用了电容分压。拓扑结构简单，效率、输出功率和功率密度等参数得到改善。
但是技术瓶颈始终在于，直流环节电容分压点的电荷不平衡，电压不稳定，低输出频率应用时尤其突出。需要复杂的检测和延时控制电路，根据分压点电压、负载电流控制换流电感换流前的储能。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足，本发明提供一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，实现了主开关零电压开通，有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，包括：第一主开关管S1、第二主开关管S2、第三主开关管S3、第四主开关管S4、第五主开关管S5、第六主开关管S6、第一分压电容Cd1、第二分压电容Cd2、滤波电感LTf、输入电源VTf、辅助电容Ca1、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4和辅助换流电感Lr；
其中，所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极、第三主开关管S3的漏极和第二辅助开关管Sa1的集电极相连于a点；所述第四主开关管S4的源极、第五主开关管S5的漏极、第六主开关管S6的源极和第四辅助开关管Sa4的发射极相连于b点；第三主开关管S3的源极、第六主开关管S6的漏极相连于P点，第二主开关管S2的源极、第四主开关管S4的漏极、第一分压电容Cd1的负极和第二分压电容Cd2的正极连于o点，第一分压电容Cd1和第二分压电容Cd2两端的电压分别为VDC/2；第一分压电容Cd1的正极与第一开关管S1的漏极相连；第二分压电容Cd2的负极第五开关管S5的源极相连；滤波电感LTf的一端与输入电源VTf的正极相连，另一端与P点相连，第二辅助开关Sa2的发射极与第三辅助开关管Sa3的集电极相连于Q点，第二辅助开关管Sa2的集电极与第一辅助开关Sa1的发射极相连于c点，第三辅助开关管Sa3的发射极与第四辅助开关管Sa4的集电极相连于d点；辅助换流电感Lr一端连接与P点，另一端连接于Q点；辅助电容Ca1一端连在c点，另一端连在d点；
iTf为流经滤波电感LTf的瞬时电流，ITf为流经滤波电感LTf的平均电流；C1-C6主开关S1-S6的等效并联电容，电容值都为Cm-oss；Ca1-Ca4为辅助开关Sa1-Sa4的等效并联电容，电容值都为Ca-oss；换流谐振电流Ir定义为：换流谐振电感Lr中通过的最大电流与滤波电感LTf中的电流ITf之差，通过换流的主开关ZVS导通时间的需求及测量误差确定；/>流入P点定义为正，由P点流出定义为负；iLr由P点流入Q点定义为正，由Q点流入P点定义为负；电流流入辅助电容Ca1的情形是指电流从Ca1的正极流入负极流出，电流流出辅助电容Ca1的情形是指电流从Ca1的负极流入正极流出。
其中，电路运行共分为八种工况：
O点为电压参考点，当输出电压为正，iTf为正时，工况一和工况二交替工作实现辅助换流电容Ca1流入流出电荷平衡；当输出电压和iTf为其他工况时，对应开关动作，其原则是实现换流电容Ca1流入流出电荷的平衡。
其中，工况一：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa2；
断开辅助开关Sa2后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa4，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa2后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3；
工况二：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa1；
断开辅助开关Sa1后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa3，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa1后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3；
其中，对应两种典型工况下，每一工况下的运行模式为：
工况一：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效输出电容C3和主开关S6的等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa2断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa4。t4时刻，断开主开关管S2。控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况二：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa1断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa3。t4时刻，断开主开关管S2。控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
与现有技术相比，提出一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，包括第一主开关管S1、第二主开关管S2、第三主开关管S3、第四主开关管S4、第五主开关管S5、第六主开关管S6、第一分压电容Cd1、第二分压电容Cd2、滤波电感LTf、输入电源VTf、辅助电容Ca1、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4、辅助换流电感Lr；通过本发明，能够实现主回路开关的ZVS导通和辅助回路开关的ZCS导通。辅助换流使得ANPC(有源中性点钳位)外环的主开关高频动作时电压变化率小，防止过压现象。辅助换流电容交替充放电，电荷平衡使得电容分压点保持恒压状态。有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器的电路结构示意图。
图2是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器中滤波电感电流iTf为正时各个开关管驱动脉冲信号和结点电压波形图。
图3是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器中滤波电感电流iTf为负时各个开关管驱动脉冲信号和结点电压波形图。
图4是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器PWM开关周期滤波电感电流iTf为正时的相平面分析图。
图5是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况一模式1状态下电路连接示意图。
图6是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况一模式2状态下电路连接示意图。
图7是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况一模式3状态下电路连接示意图。
图8是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况一模式4状态下电路连接示意图。
图9是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况一模式5状态下电路连接示意图。
图10是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况二模式1状态下电路连接示意图。
图11是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况二模式2状态下电路连接示意图。
图12是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况二模式3状态下电路连接示意图。
图13是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况二模式4状态下电路连接示意图。
图14是本发明提供的一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器工作在工况二模式5状态下电路连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此外所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都将属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，包括有第一主开关管S1、第二主开关管S2、第三主开关管S3、第四主开关管S4、第五主开关管S5、第六主开关管S6、第一分压电容Cd1、第二分压电容Cd2、滤波电感LTf、输入电源VTf、辅助电容Ca1、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4、辅助换流电感Lr。所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极、第三主开关管S3的漏极和第二辅助开关管Sa1的集电极相连于a点；所述第四主开关管S4的源极、第五主开关管S5的漏极、第六主开关管S6的源极和第四辅助开关管Sa4的发射极相连于b点；第三主开关管S3的源极、第六主开关管S6的漏极相连于P点，第二主开关管S2的源极、第四主开关管S4的漏极、第一分压电容Cd1的负极和第二分压电容Cd2的正极连于o点，第一分压电容Cd1和第二分压电容Cd2两端的电压分别为VDC/2；第一分压电容Cd1的正极与第一开关管S1的漏极相连；第二分压电容Cd2的负极第五开关管S5的源极相连；滤波电感LTf的一端与输入电源VTf的正极相连，另一端与P点相连，第二辅助开关Sa2的发射极与第三辅助开关管Sa3的集电极相连于Q点，第二辅助开关管Sa2的集电极与第一辅助开关Sa1的发射极相连于c点，第三辅助开关管Sa3的发射极与第四辅助开关管Sa4的集电极相连于d点；辅助换流电感Lr一端连接与P点，另一端连接于Q点；辅助电容Ca1一端连在c点，另一端连在d点。具体元件及参数如表1所示：
表1具体元件及参数表
工作流程及切换时间间隔为：
iTf为流经滤波电感LTf的瞬时电流，ITf为流经滤波电感LTf的平均电流。C1-C6为主开关S1-S6的等效并联电容，电容值都为Cm-oss。Ca1-Ca4主开关Sa1-Sa4的等效并联电容，电容值都为Ca-oss。换流谐振电流Ir定义为：换流谐振电感Lr中通过的最大电流与滤波电感LTf中的电流ITf之差，考虑需要换流的主开关ZVS导通时间的需求及测量误差确定。/>流入P点定义为正，由P点流出定义为负；iLr由P点流入Q点定义为正，由Q点流入P点定义为负。电流流入辅助电容Ca1的情形是指电流从Ca1的正极流入负极流出，电流流出辅助电容Ca1的情形是指电流从Ca1的负极流入正极流出。滤波电感电流iTf为正或者为负时，开关管驱动脉冲信号和节点电压波形如图2和图3所示。
O点为电压参考点，当输出电压为正，iTf为正时，工况一和工况二交替工作实现辅助换流电容Ca1流入流出电荷平衡；当输出电压和iTf为其他工况时，对应开关动作，其设计原则是实现换流电容Ca1流入流出电荷的平衡。
工况一：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1。
电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流。
t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa2；
断开辅助开关Sa2后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa4，由主回路SPWM的控制。PWM开关周期滤波电感电流iTf为正时的相平面分析图如图4所示。
断开辅助开关Sa2后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3。
工况二：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1。
电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流。
t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa1；
断开辅助开关Sa1后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa3，由主回路SPWM的控制。
断开辅助开关Sa1后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3。
两种典型工况下，每一工况下的运行模式为：
工况一：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
如图5所示，模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
如图6所示，模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
如图7所示，模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效输出电容C3和主开关S6的等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
如图8所示，模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
如图9所示，模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa2断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa4。t4时刻，断开主开关管S2。控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况二：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
如图10所示，模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
如图11所示，模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
如图12所示，模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
如图13所示，模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
如图14所示，模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa1断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa3。t4时刻，断开主开关管S2。控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，其特征在于，包括：第一主开关管S1、第二主开关管S2、第三主开关管S3、第四主开关管S4、第五主开关管S5、第六主开关管S6、第一分压电容Cd1、第二分压电容Cd2、滤波电感LTf、输入电源VTf、辅助电容Ca1、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4和辅助换流电感Lr；
其中，所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极、第三主开关管S3的漏极和第二辅助开关管Sa1的集电极相连于a点；所述第四主开关管S4的源极、第五主开关管S5的漏极、第六主开关管S6的源极和第四辅助开关管Sa4的发射极相连于b点；第三主开关管S3的源极、第六主开关管S6的漏极相连于P点，第二主开关管S2的源极、第四主开关管S4的漏极、第一分压电容Cd1的负极和第二分压电容Cd2的正极连于o点，第一分压电容Cd1和第二分压电容Cd2两端的电压分别为VDC/2；第一分压电容Cd1的正极与第一开关管S1的漏极相连；第二分压电容Cd2的负极第五开关管S5的源极相连；滤波电感LTf的一端与输入电源VTf的正极相连，另一端与P点相连，第二辅助开关Sa2的发射极与第三辅助开关管Sa3的集电极相连于Q点，第二辅助开关管Sa2的集电极与第一辅助开关Sa1的发射极相连于c点，第三辅助开关管Sa3的发射极与第四辅助开关管Sa4的集电极相连于d点；辅助换流电感Lr一端连接与P点，另一端连接于Q点；辅助电容Ca1一端连在c点，另一端连在d点；
iTf为流经滤波电感LTf的瞬时电流，ITf为流经滤波电感LTf的平均电流；C1-C6主开关S1-S6的等效并联电容，电容值都为Cm-oss；Ca1-Ca4为辅助开关Sa1-Sa4的等效并联电容，电容值都为Ca-oss；换流谐振电流Ir定义为：换流谐振电感Lr中通过的最大电流与滤波电感LTf中的电流ITf之差，通过换流的主开关ZVS导通时间的需求及测量误差确定；/>流入P点定义为正，由P点流出定义为负；iLr由P点流入Q点定义为正，由Q点流入P点定义为负；电流流入辅助电容Ca1的情形是指电流从Ca1的正极流入负极流出，电流流出辅助电容Ca1的情形是指电流从Ca1的负极流入正极流出。
2.根据权利要求1所述的电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，其特征在于，电路运行共分为八种工况：
O点为电压参考点，当输出电压为正，iTf为正时，工况一和工况二交替工作实现辅助换流电容Ca1流入流出电荷平衡；当输出电压为正，iTf为负时，工况三和工况四交替工作；当输出电压为负，iTf为正时，工况五和工况六交替工作，实现辅助换流电容Ca1流入流出电荷平衡；当输出电压为正，iTf为负时，工况七和工况八交替工作；
其中，工况一：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa2；
断开辅助开关Sa2后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa4，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa2后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3；
工况二：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa1；
断开辅助开关Sa1后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa3，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa1后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3；
工况三：iTf为负，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S1、S4、S6处于导通状态，S2、S3、S5和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S4、S6和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，延迟TA1后，tB时刻开通S3；
S3保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa2；
断开辅助开关Sa2后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa4，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa2后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S3；
关断主开关S3后，延时TA3，开通主开关S6；
工况四：iTf为负，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S1、S4、S6处于导通状态，S2、S3、S5和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S4、S6和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，延迟TA1后，tB时刻开通S3；
S3保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa1；
断开辅助开关Sa1后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa3，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa1后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S3；
关断主开关S3后，延时TA3，开通主开关S6；
工况五：iTf为正，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S2、S3、S5处于导通状态，S1、S4、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S2、S3和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa2；
断开辅助开关Sa2后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa4，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa2后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3；
工况六：iTf为正，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S2、S3、S5处于导通状态，S1、S4、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S2、S3和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，延迟TA1后，tB时刻开通S6；
S6保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa1；
断开辅助开关Sa1后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa3，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa1后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S6；
关断主开关S6后，延时TA3，开通主开关S3；
工况七：iTf为负，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S2、S5、S6处于导通状态，S1、S3、S4和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S5、S6和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，延迟TA1后，tB时刻开通S3；
S3保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa2；
断开辅助开关Sa2后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa4，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa2后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S3；
关断主开关S3后，延时TA3，开通主开关S6；
工况八：iTf为负，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
电路处于稳定状态，S2、S5、S6处于导通状态，S1、S3、S4和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S5、S6和Cd2续流；
t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，延迟TA1后，tB时刻开通S3；
S3保持开通，延TA2后，t3时刻断开辅助开关Sa1；
断开辅助开关Sa1后，在TΔ时段内任一时刻关断辅助开关Sa3，由主回路SPWM的控制；
断开辅助开关Sa1后，延时大于TΔ，t4时刻关断主开关S3；
关断主开关S3后，延时TA3，开通主开关S6；
3.根据权利要求2所述的电容分压辅助换流的软开关ANPC三电平逆变器，其特征在于，对应八种工况下，每一工况下的运行模式为：
工况一：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效输出电容C3和主开关S6的等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa2断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa4；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况二：iTf为正，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S3、S4处于导通状态，S2、S5、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S1、S3、Cd1和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa1断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa3；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况三：iTf为负，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S4、S6处于导通状态，S2、S3、S5和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S4、S6和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，换流电感电流iLr从零开始线性反向增加；tA时刻，iLr(t)的值达到-ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位上升，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3放电对C6充电；t2时刻，P点电位到达VDC；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S3的体二极管导通；Lr中的电流开始线性反向减少，tB时刻，开通主回路开关S3，tC时刻，Lr中的电流线性减小到-ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S3的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa2断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa4；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S3，P点电位开始下降；t5时刻，P点电位下降至0，第三主开关管S6自然导通，开通主开关管S6，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况四：iTf为负，主开关S1和S4保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1、S4、S6处于导通状态，S2、S3、S5和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S4、S6和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，换流电感电流iLr从零开始线性反向增加；tA时刻，iLr(t)的值达到-ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位上升，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3放电对C6充电；t2时刻，P点电位到达VDC；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S3的体二极管导通；Lr中的电流开始线性反向减少，tB时刻，开通主回路开关S3，tC时刻，Lr中的电流线性减小到-ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S3的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa1断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa3；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S3，P点电位开始下降；t5时刻，P点电位下降至0，第三主开关管S6自然导通，开通主开关管S6，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况五：iTf为正，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2、S3、S5处于导通状态，S1、S4、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S2、S3和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
/>
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa2断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa4；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况六：iTf为正，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2、S3、S5处于导通状态，S1、S4、S6和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流iTf通过S2、S3和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，换流电感电流iLr从零开始线性增加；tA时刻，iLr(t)的值达到ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
/>
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位下降，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3充电对C6放电；t2时刻，P点电位到达0；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S6的体二极管导通；Lr中的电流开始线性减少，tB时刻，开通主回路开关S6，tC时刻，Lr中的电流线性减小到ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S6的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa1断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa3；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S6，P点电位开始上升；t5时刻，P点电位上升至VDC，第三主开关管S3自然导通，开通主开关管S3，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况七：iTf为负，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流出辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2、S5、S6处于导通状态，S1、S3、S4和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S5、S6和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa2和Sa4，换流电感电流iLr从零开始线性反向增加；tA时刻，iLr(t)的值达到-ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位上升，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3放电对C6充电；t2时刻，P点电位到达VDC；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S3的体二极管导通；Lr中的电流开始线性反向减少，tB时刻，开通主回路开关S3，tC时刻，Lr中的电流线性减小到-ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S3的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa2断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa4；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S3，P点电位开始下降；t5时刻，P点电位下降至0，第三主开关管S6自然导通，开通主开关管S6，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
工况八：iTf为负，主开关S2和S5保持导通，工作过程中换流电流iLr流入辅助电容Ca1；
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2、S5、S6处于导通状态，S1、S3、S4和Sa1-Sa4处于关断状态；输入电源电流-iTf通过S5、S6和Cd2续流；
模式2，t0-t1：t0时刻，开通辅助开关Sa1和Sa3，换流电感电流iLr从零开始线性反向增加；tA时刻，iLr(t)的值达到-ITf；t1时刻，换流电感电流iLr(t)大小与滤波电感LTf中的电流及预充电流之和相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0-1为：
模式3，t1-t2：t1时刻，P点电位上升，换流电感Lr与主开关S3的等效并联电容C3和主开关S6等效输出电容C6发生谐振，对C3放电对C6充电；t2时刻，P点电位到达VDC；
换流电感电流的时域表达式为：
其中：
其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1-2为：
模式4，t2-t3:t2时刻，主开关S3的体二极管导通；Lr中的电流开始线性反向减少，tB时刻，开通主回路开关S3，tC时刻，Lr中的电流线性减小到-ITf；t3时刻，Lr中的电流线性减小到0；
S3的ZVS开通允许时间段为t2时刻到tC时刻之间的时间段T2-C：
其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2-3为：
T2-3＝T0-1
模式5，t3-t4：t3时刻，辅助开关管Sa1断开，在TΔ之前，任意时刻关断第四辅助开关管Sa3；t4时刻，断开主开关管S2；控制关断Sa4在关断S2之前发生；
其中t3时刻到t4时刻之间的时段T3-4由主回路脉宽调制控制；
TΔ≤T3-4
模式6，t4-t5:t4时刻，断开主开关管S3，P点电位开始下降；t5时刻，P点电位下降至0，第三主开关管S6自然导通，开通主开关管S6，工作状态回到模式1；
其中t4时刻到t5时刻之间的时段T4-5为：
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104602400A (zh) * 2013-09-17 2015-05-06 天工方案公司 闪光灯-led驱动器放电控制
JP2015164108A (ja) * 2014-02-28 2015-09-10 国立大学法人神戸大学 誘導加熱用高周波インバータ
EP3301804A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-04 Vertiv Tech Co., Ltd. Inverter, method and device for controlling the same
CN111478611A (zh) * 2020-04-16 2020-07-31 山西大学 一种相位关联磁化电流双向复位的辅助谐振换流极逆变器
CN111478612A (zh) * 2020-04-16 2020-07-31 山西大学 一种相位关联稳压管钳位的辅助谐振换流极逆变器
CN111490698A (zh) * 2020-04-16 2020-08-04 山西大学 一种相位关联zvt磁化电流最小化的辅助谐振换流极逆变器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080316775A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-25 Lead Year Enterprise Co., Ltd. Soft-switching circuit for power supply

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104602400A (zh) * 2013-09-17 2015-05-06 天工方案公司 闪光灯-led驱动器放电控制
JP2015164108A (ja) * 2014-02-28 2015-09-10 国立大学法人神戸大学 誘導加熱用高周波インバータ
EP3301804A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-04 Vertiv Tech Co., Ltd. Inverter, method and device for controlling the same
CN111478611A (zh) * 2020-04-16 2020-07-31 山西大学 一种相位关联磁化电流双向复位的辅助谐振换流极逆变器
CN111478612A (zh) * 2020-04-16 2020-07-31 山西大学 一种相位关联稳压管钳位的辅助谐振换流极逆变器
CN111490698A (zh) * 2020-04-16 2020-08-04 山西大学 一种相位关联zvt磁化电流最小化的辅助谐振换流极逆变器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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无中性点电位变化的辅助谐振变换极逆变器;王强;;中国电机工程学报(第18期);全文 *

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