CN216290721U - 一种逆变电路和储能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种逆变电路和储能设备，逆变电路包括：第一辅助开关、第二辅助开关、辅助谐振模块、三相逆变模块及控制模块；第一辅助开关的第一端与直流电源的正极连接，第一辅助开关的第二端与第二辅助开关的第一端连接，第二辅助开关的第二端与辅助谐振模块的第一端连接，谐振模块的第二端与直流电源的负极连接；第二辅助开关的第一端及辅助谐振模块的第二端与三相逆变模块的输入端连接，三相逆变模块的输出端用于连接三相负载；控制模块分别与第一辅助开关、第二辅助开关及三相逆变模块的控制端连接。本实用新型实施例结构简单，且能够在主开关需要切换状态时，使主开关实现软导通和软关断。

Description

一种逆变电路和储能设备

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种逆变电路和储能设备。

背景技术

现代电力电子技术的趋势是追求开关器件的高频化和大功率化，但是，随着工作频率的提高，其开关损耗会急剧增大，降低了系统整体的运行效率。同时，在硬开关逆变器中，功率开关器件在进行开通和关断操作时的电压电流变化率很大，这必然会对设备和周围的环境产生严重的电磁干扰，影响设备的运行环境。并且，功率开关器件在非零电压零电流条件下切换状态时会出现激增的电压电流尖峰值，该值远大于开关器件允许的安全电压电流值，这将导致功率开关器件面临被击穿的危险。与之相比,软开关技术在零电压或零电流条件下导通,开关损耗明显降低,加上开关频率的提高使得变换器的体积得以减小,这也是软开关技术受到青睐的原因。

作为软开关技术的一种应用——谐振直流环节逆变器,在直流环节利用谐振技术使母线电压或电流周期性地回零,为开关在换流时刻提供零电流或零电压条件,从而达到降低开关损耗的目的。谐振直流环节逆变器因其电路结构简单，使用的辅助开关器件少等优点受到国内外研究人员的广泛关注，但是仍然存在不足。现有的软开关逆变器要么采用了在直流母线之间串联大电容来均分直流母线电压，要么需要复杂的耦合电感及相应的磁通复位电路，有的为了确保实现软开关，需要单独的检测电路和外围控制电路，不仅使主电路变得复杂，而且也增加了控制难度。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例的目的是提供一种结构简单且能够实现软关断和软导通的逆变电路和储能设备。

本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，本实用新型实施例中提供一种了逆变电路，包括：

第一辅助开关、第二辅助开关、辅助谐振模块、三相逆变模块及控制模块；

所述第一辅助开关的第一端用于与直流电源的正极连接，所述第一辅助开关的第二端与所述第二辅助开关的第一端连接，所述第二辅助开关的第二端与所述辅助谐振模块的第一端连接，所述辅助谐振模块的第二端用于与所述直流电源的负极连接；所述第二辅助开关的第一端及所述辅助谐振模块的第二端与所述三相逆变模块的输入端连接，所述三相逆变模块的输出端用于连接三相负载；所述控制模块分别与所述第一辅助开关、第二辅助开关及三相逆变模块的控制端连接。

在一些实施例中，所述辅助谐振模块包括辅助电感及辅助电容，所述第二辅助开关的第二端与所述辅助电容的第一端连接，所述辅助电容的第二端与所述辅助电感的第一端连接，所述辅助电感的第二端用于与所述直流电源的负极连接；所述辅助电感的第二端与所述三相逆变模块的输入端连接。

在一些实施例中，所述辅助谐振模块还包括续流二极管，所述续流二极管的阳极与所述辅助电容的第二端连接，所述续流二极管的阴极与所述第二辅助开关的第一端连接。

在一些实施例中，所述三相逆变模块包括三个桥臂，每一所述桥臂的输入端分别与所述第二辅助开关的第一端及所述辅助谐振模块的第二端连接，每一所述桥臂的输出端用于连接所述三相负载，每一所述桥臂的控制端与所述控制模块连接。

在一些实施例中，所述三相逆变模块还包括多个钳位电容，每一所述桥臂中的开关管的两端并联一所述钳位电容。

在一些实施例中，每一所述桥臂包括第一主开关及第二主开关，所述第一主开关的第一端与所述第一辅助开关的第二端连接，所述第一主开关的第二端与所述第二主开关的第一端连接，所述第二主开关的第二端用于与所述直流电源的负极连接，所述第一主开关的第一端及第二端并联一所述钳位电容；所述第二主开关的第一端及第二端并联一所述钳位电容；所述控制模块分别与所述第一主开关及所述第二主开关的控制端连接。

在一些实施例中，所述第一主开关及所述第二主开关均为MOS管。

在一些实施例中，所述第一辅助开关及所述第二辅助开关均为MOS管。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例还提供了一种储能设备，包括上述任一所述的逆变电路。

在一些实施例中，上述储能设备还包括直流电源，所述第一辅助开关的第一端与所述直流电源的正极连接，所述辅助谐振模块的第二端与所述直流电源的负极连接。

区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种逆变电路和储能设备，所述逆变电路包括：第一辅助开关、第二辅助开关、辅助谐振模块、三相逆变模块及控制模块；所述第一辅助开关的第一端用于与直流电源的正极连接，所述第一辅助开关的第二端与所述第二辅助开关的第一端连接，所述第二辅助开关的第二端与所述辅助谐振模块的第一端连接，所述辅助谐振模块的第二端用于与所述直流电源的负极连接；所述第二辅助开关的第一端及所述辅助谐振模块的第二端与所述三相逆变模块的输入端连接，所述三相逆变模块的输出端用于连接三相负载；所述控制模块分别与所述第一辅助开关、第二辅助开关及三相逆变模块的控制端连接。在所述逆变电路连接上所述直流电源和松鼠三相负载后，若所述三相逆变模块需要进行高频地通断切换，则所述控制模块会控制所述第一辅助开关、所述第二辅助开关及所述三相逆变模块的开关管的通断，以输出三相交流电的同时，并控制所述辅助谐振模块产生谐振信号，使得所述第一辅助开关、所述第二辅助开关以及所述三相逆变模块的开关管实现软导通和软关断，从而降低逆变电路的损耗。相比现有技术，该逆变电路结构更简单，成本更低，且更易于控制。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种逆变电路连接直流电源和三相负载的电路结构示意图；

图2是图1所示逆变电路的单相等效电路结构示意图；

图3是图2所示单相等效电路的工作波形图；

图4(a)是图2所示单相等效电路在第一阶段下的电路结构示意图；

图4(b)是图2所示单相等效电路在第二阶段下的电路结构示意图；

图4(c)是图2所示单相等效电路在第三阶段下的电路结构示意图；

图4(d)是图2所示单相等效电路在第四阶段下的电路结构示意图；

图4(e)是图2所示单相等效电路在第五阶段下的电路结构示意图；

图4(f)是图2所示单相等效电路在第六阶段下的电路结构示意图；

图4(g)是图2所示单相等效电路在第七阶段下的电路结构示意图；

图4(h)是图2所示单相等效电路在第八阶段下的电路结构示意图；

图5(a)是图4所示单相等效电路八个阶段的U_Cr1与i_Lr的相平面图；

图5(b)是图4所示单相等效电路八个阶段的U_Cr2与i_Lr的相平面图。

具体实施方式

为下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例提供了一种逆变电路，请参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种逆变电路连接直流电源10和三相负载40的电路结构示意图。逆变电路包括逆变辅助电路20、三相逆变模块30以及控制模块。

逆变辅助电路20包括：第一辅助开关S_a1、第二辅助开关S_a2以及辅助谐振模块。

第一辅助开关S_a1的第一端用于与直流电源10的正极连接，第一辅助开关S_a1的第二端与第二辅助开关S_a2的第一端连接，第二辅助开关S_a2的第二端与辅助谐振模块的第一端连接，辅助谐振模块的第二端用于与直流电源10的负极连接；第二辅助开关S_a2的第一端及辅助谐振模块的第二端与三相逆变模块30的输入端连接，三相逆变模块30的输出端用于连接三相负载40；控制模块分别与第一辅助开关S_a1、第二辅助开关S_a2及三相逆变模块30的控制端连接。

在该逆变电路已分别连接上直流电源10和三相负载40后，若三相逆变模块30需要进行高频地通断切换，则控制模块会控制第一辅助开关S_a1、第二辅助开关S_a2及三相逆变模块的开关管的通断，以输出三相交流电的同时，并控制辅助谐振模块产生谐振信号，使得第一辅助开关及第二辅助开关实现软导通和软关断，从而降低逆变电路的损耗。相比现有技术，该逆变电路结构更简单，成本更低，且更易于控制。

在一些实施例中，辅助谐振模块包括辅助电感L_r及辅助电容C_r1，第二辅助开关S_a2的第二端与辅助电容C_r1的第一端连接，辅助电容C_r1的第二端与辅助电感L_r的第一端连接，辅助电感L_r的第二端用于与直流电源10的负极连接；辅助电感L_r的第二端与三相逆变模块30的输入端连接。通过设置辅助电感L_r和辅助电容C_r1以形成LC谐振电路，通过控制辅助开关的通断，以使得辅助电感及辅助电容产生谐振信号，进而实现逆变电路中开关管的软导通和软关断。与现有技术相比，该辅助谐振模块中没有串联大体积的储能电容来均分母线电压，不会有储能电容频繁充放电所引起的中性点电位变化问题，提高了逆变器的稳定性。

在一些实施例中，辅助谐振模块还包括续流二极管D_a3，续流二极管D_a3的阳极与辅助电容C_r1的第二端连接，续流二极管D_a3的阴极与第二辅助开关S_a2的第一端连接。本实施例的逆变辅助电路20只含有2个辅助开关S_a1和S_a2、1个辅助电感L_r、1个辅助电容C_r1和1个续流二极管D_a3。通过设置续流二极管D_a3以在主开关断开后，仍然有电流通过2个辅助开关S_a1和S_a2，继而使辅助电感L_r和辅助电容C_r1产生谐振，使得2个辅助开关S_a1和S_a2也能完成软关断。总体来说，该逆变辅助电路20的结构相对简单，降低了硬件成本，简化了控制策略。

在一些实施例中，三相逆变模块30包括三个桥臂，每一桥臂的输入端分别与第二辅助开关S_a2的第一端及辅助谐振模块的第二端连接，每一桥臂的输出端用于连接三相负载40，每一桥臂的控制端与控制模块连接。

在一些实施例中，三相逆变模块30还包括多个钳位电容C_sn，每一桥臂中的开关管S_n的两端并联一钳位电容C_sn。在一些实施例中，所述钳位电容的数量与所述三相逆变模块中开关管的数量相同。

需要说明的是，上述n为大于等于1的正整数，其用于表示对各个相同器件的标号。

在一些实施例中，如图1所示，每一桥臂包括一个第一主开关，例如S₁,及一个第二主开关，例如S₂。其中，三相逆变模块30共有三个桥臂，第一桥臂上的第一主开关为S₁，第一桥臂上的第二主开关为S₂。第二桥臂上的第一主开关为S₃，第二桥臂上的第二主开关为S4。第三桥臂上的第一主开关为S₅，第三桥臂上的第二主开关为S₆。因三个桥臂上的电路连接关系类似，以下都以第一桥臂上的器件为例进行说明。第一主开关S₁的第一端与第一辅助开关S_a1的第二端连接，第一主开关S₁的第二端与第二主开关S₂的第一端连接，第二主开关S₂的第二端用于与直流电源10的负极连接，每一个第一主开关S₁的第一端及第二端均并联一个钳位电容C_s1；第二主开关S₂的第一端及第二端并联一钳位电容C_s2；控制模块分别与第一主开关S₁及第二主开关S₂的控制端连接。其中，三相逆变模块30共有三个桥臂，第一桥臂上的第一主开关S₁并联钳位电容C_s1，第一桥臂上的第二主开关S₂并联钳位电容C_s2。第二桥臂上的第一主开关S₃并联钳位电容C_s3，第二桥臂上的第二主开关S4并联钳位电容C_s4。第三桥臂上的第一主开关S₅并联钳位电容C_s5，第三桥臂上的第二主开关S₆并联钳位电容C_s6。因三个桥臂上的电路连接关系类似，以下都以第一桥臂上的器件为例进行说明。

在一些实施例中，控制模块为一个驱动芯片，其输出端分别与第一主开关S₁、第二主开关S₂、第一辅助开关S_a1和第二辅助开关S_a2的基极连接，用于输出PWM信号，即脉冲信号，控制第一主开关S₁、第二主开关S₂、第一辅助开关S_a1和/或第二辅助开关S_a2的通断。

在一些实施例中，第一主开关S₁及第二主开关S₂均为MOS管，即场效应管。

在一些实施例中，第一主开关S₁及第二主开关S₂的两端分别反向并联一个寄生二极管。其中，三相逆变模块30共有三个桥臂，第一桥臂上的第一主开关S₁反向并联寄生二极管D₁，第一桥臂上的第二主开关S₂反向并联寄生二极管D₂。第二桥臂上的第一主开关S₃反向并联寄生二极管D₃，第二桥臂上的第二主开关S4反向并联寄生二极管D₄。第三桥臂上的第一主开关S₅反向并联寄生二极管D₅，第三桥臂上的第二主开关S₆反向并联寄生二极管D₆。因三个桥臂上的电路连接关系类似，以下都以第一桥臂上的器件为例进行说明。

在一些实施例中，第一辅助开关S_a1及第二辅助开关S_a2均为MOS管，即场效应管。选用MOS管，是因为其开关频率高，能够满足本实施例中各个开关高频工作的要求。

在一些实施例中，第一辅助开关S_a1及第二辅助开关S_a2的两端分别反向并联一个寄生二极管。其中，第一辅助开关S_a1反向并联寄生二极管D_a1，第一辅助开关S_a1反向并联寄生二极管D_a2。

在一些实施例中，如图1所示，三相负载40中每一相负载皆包括一个负载电阻和一个负载电感，负载电阻与负载电感串联。其中，三相负载40共有三相电路，第一相上的负载电阻为R_a，第一相上的负载电感为L_a。第二相上的负载电阻为R_b，第二相上的负载电感为L_b。第三相上的负载电阻为R_c，第三相上的负载电感为L_c。因三个相上的电路连接关系类似，以下都以第一相上的器件为例进行说明。

在一些实施例中，所述逆变电路中还包括升降压模块，所述升降压模块的第一输入端与所述直流电源的正极连接，所述升降压模块的第二输入端与所述直流电源的负极连接，所述升降压模块的第一输出端与所述第一辅助开关的第一端连接，所述升降压模块的第二输出端与所述辅助谐振模块的第二端连接，所述升降压模块的控制端与所述控制模块连接。具体的升降压模块即BUCK-BOOST模块，用于对直流电源输出的电压进行升压或者降压调节，通过设置升降压模块用户可以根据需求调整逆变电路输出电压大小，满足用户用电需求。

请一并参见图2，其示出了图1所示逆变电路的单相等效电路结构示意图。其中，单相等效电路将逆变电路的同一相上的一第一主开关S₁和一第二主开关S₂等效为一开关S_inv；单相等效电路将逆变电路的同一相上与第一主开关S₁反向并联的一寄生二极管D₁和与第二主开关S₂反向并联的一寄生二极管D₂，等效为D_inv；单相等效电路将逆变电路的同一相上与第一主开关S₁并联的一钳位电容C_s1和与第二主开关S₂并联的一钳位电容C_s2，等效为C_r2。

本实用新型实施例以图2所示逆变电路的等效电路结构示意图为例，分析逆变电路的等效电路中开关器件的工作状态及其切换过程，具体的，请一并参见图2和图3，以及，图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)、图4(e)、图4(f)、图4(g)、图4(h)。其中，图3是图2所示等效电路的工作波形图，图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)、图4(e)、图4(f)、图4(g)、图4(h)是图2所示等效电路在一个开关周期内八个阶段下的电路结构示意图，需要说明的是，本实用新型实施例分析的是负载电流I₀为正的情况，且以图3中t-t₀期间为等效电路的初始状态为例。

以下所有开关的控制均由控制模块完成。

在一实施例中，本申请提供一种逆变电路的控制方法，该方法用于控制上述任一实施例中的逆变电路，应用于控制模块，该方法包括：

在第一阶段中，控制第一辅助开关S_a1闭合，以及控制第二辅助开关S_a2和等效开关S_inv断开，以使u_Cr2＝E，i_Lr＝0执行第二阶段；其中，u_Cr2为等效电容C_r2两端的电压，E为电源电压，i_Lr为辅助电感L_r的电流；

在第二阶段中，保持第一辅助开关S_a1闭合和等效开关S_inv断开，并控制第二辅助开关S_a2闭合，以使i_Lr＝I_b1，执行第三阶段；其中，I_b1为预设的电流阀值；

在第三阶段中，保持等效开关S_inv断开和第二辅助开关S_a2闭合，并控制第一辅助开关S_a1断开，以使u_Cr2＝0，i_Lr＝I_P1，执行第四阶段；其中，I_P1为辅助电感L_r电流的正向最大值；

在第四阶段中，保持第一辅助开关S_a1断开、第二辅助开关S_a2闭合以及等效开关S_inv断开，以使i_Lr＝0，执行第五阶段；

在第五阶段中，保持第一辅助开关S_a1断开，并控制第二辅助开关S_a2断开和等效开关S_inv闭合，以使i_Lr＝I_p2，执行第六阶段；其中，I_p2为辅助电感L_r电流的反向最大值；

在第六阶段中，保持第一辅助开关S_a1断开和第二辅助开关S_a2断开，并控制等效开关S_inv断开，以使u_Cr2＝E，执行第七阶段；

在第七阶段中，保持第二辅助开关S_a2断开和等效开关S_inv断开，并控制第一辅助开关S_a1闭合，以使i_Lr＝I₀，执行第七阶段；其中，I₀为寄生二极管D_a1进入截止状态时，辅助电感L_r的电流值；

在第八阶段中，保持第二辅助开关S_a2断开、等效开关S_inv断开以及第一辅助开关S_a1闭合，以使i_Lr＝0，u_Cr2＝E并使得逆变电路恢复到初始状态。以下结合图2、图3、图4以及图5，详细的分析在上述控制方法控制下，逆变电路的等效电路中开关器件的工作状态及其切换过程。

在上述第一阶段下(对应图3中t-t₀阶段)，请一并参见图2、图3、图4(a)、图5(a)以及图5(b)，此时为等效电路的初始状态，在该阶段，第一辅助开关S_a1导通，直流电源10直接对负载供电，逆变电路工作稳定，辅助电容C_r1的端电压u_Cr1为0，等效电容C_r2的端电压u_Cr2为E，流经辅助电感L_r的电流i_Lr为0，第一阶段结束。本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t-t₀段。

在上述第二阶段下(对应图3中t₀-t₁阶段)，请一并参见图2、图3、图4(b)、图5(a)以及图5(b)，控制模块在t₀时刻输出高电平脉冲信号打开第二辅助开关S_a2，在辅助电感L_r的储能作用下，降低了第二辅助开关S_a2电流的变化率，因此，第二辅助开关S_a2的开通过程为零电流软开通。开通第二辅助开关S_a2以后，辅助电感L_r和辅助电容C_r1同时被充电，流经辅助电感L_r的电流i_Lr和辅助电容C_r1的端电压u_Cr1都由零开始增大，在t₁时刻，当i_Lr增大到等于所设定的电感电流阀值I_b1时，第二阶段结束。本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t₀-t₁段。

在上述第三阶段下(对应图3中t₁-t₂阶段)，请一并参见图2、图3、图4(c)、图5(a)以及图5(b)，在t₁时刻，第一辅助开关S_a1在t₁时刻被关断，在这一瞬间，因为等效电容C_r2的嵌位作用，其两端电压不可能发生突变，减小了第一辅助开关S_a1端电压的变化率，所以第一辅助开关S_a1实现了零电压软关断。此后，元件L_r、C_r1以及C_r2都进入谐振状态，等效电容C_r2对辅助电感L_r和辅助电容C_r1进行充电。流经辅助电感L_r的电流i_Lr由设定值I_b1开始逐渐增大、辅助电容C_r1的端电压u_Cr1由初始值U₁开始逐渐增大，等效电容C_r2的端电压u_Cr2则由初始值E开始逐渐减小。当u_Cr2的值减小到零时，电流i_Lr增加到正向最大值I_P1。此时，第一个谐振过程完成，第三阶段结束。本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t₁-t₂段。

在上述第四阶段下(对应图3中t₂-t₃阶段)，请一并参见图2、图3、图4(d)、图5(a)以及图5(b)，在t₂时刻，等效二极管D_inv开始导通，负载电流I₀通过等效二极管D_inv续流。第一辅助开关S_a1、辅助电容C_r1、辅助电感L_r和等效二极管D_inv构成回路，辅助电感L_r向辅助电容C_r1充电，流经辅助电感L_r的电流i_Lr从电流值I_P1开始减小，当减小到零时，第四阶段结束。本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t₂-t₃段。

在上述第五阶段下(对应图3中t₃-t₄阶段)，请一并参见图2、图3、图4(e)、图5(a)以及图5(b)，在t₃时刻，关断第二辅助开关S_a2，正向负载电流I₀通过等效二极管D_inv续流。因为在第二辅助开关S_a2被关断之前，流经它的电流值已经下降到零，所以第二辅助开关S_a2的关断过程为零电流软关断。同一时刻，开通等效开关S_inv，因为等效开关S_inv开通前其端电压u_Cr2已经减小到零，所以等效二极管D_inv实现了零电压软开通。等效开关S_inv开通后，辅助电感L_r和辅助电容C_r1进入谐振状态，辅助电容C_r1放电，辅助电感L_r被充电，流经辅助电感L_r的电流i_Lr由零开始反向增大，在t4时刻，当i_Lr增大到反向最大值I_p2时，此次谐振过程完成，第五阶段结束。本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t₃-t₄段。

在上述第六阶段下(对应图3中t₄-t₅阶段)，请一并参见图2、图3、图4(f)、图5(a)以及图5(b)，在t₄时刻，辅助电容C_r1的端电压u_Cr1下降到零，关断等效二极管D_inv，因为等效电容C_r2减小了等效开关S_inv端电压的上升率，所以等效开关S_inv实现了零电压软关断。等效开关S_inv关断后，续流二极管D_a3被触发导通，等效电容C_r2和辅助电感L_r进入谐振状态，辅助电感L_r对等效电容C_r2进行充电，等效电容C_r2的端电压u_Cr2逐渐增大，流经辅助电感L_r的电流i_Lr反向减小，当流经辅助电感L_r的电流i_Lr反向减小到等于I_b2时，等效电容C_r2的端电压u_Cr2增大到E，第七阶段结束。本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t₄-t₅段。

在上述第七阶段下(对应图3中t₅-t₆阶段)，请一并参见图2、图3、图4(g)、图5(a)以及图5(b)，在t₅时刻，等效电容C_r2的端电压u_Cr2增大到E，电流开始流过寄生二极管D_a1，u_Cr2被钳位于E，此时开通第一辅助开关S_a1，则第一辅助开关S_a1为零电压软开通。第一辅助开关S_a1开通后，流经辅助电感L_r的电流i_Lr开始反向线性减小，在t₆时刻，当电流i_Lr反向减小到I₀时，寄生二极管D_a1进入截止状态，第七阶段结束，本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t₅-t₆段。

在上述第八阶段下(对应图3中t₆-t₇阶段)，请一并参见图2、图3、图4(h)、图5(a)以及图5(b)，在t₆时刻，流经辅助电感L_r的电流i_Lr减小到等于I₀，寄生二极管D_a1进入截止状态，流过第一辅助开关S_a1的电流从零开始逐渐增大，此后辅助电感L_r一直处于放电状态，电流i_Lr一直反向减小，在t₇时刻，当电流i_Lr减小到零时，第八阶段结束。本阶段的运动轨迹为图5(a)和图5(b)中的t₆-t₇段。

在t₇时刻接收到驱动芯片的控制信号以后，单相电路的工作状态重新返回第一阶段，并重复上述八个阶段，以开始下一工作周期。需要说明的是，单相电流在负载电流为负的情况下的工作模式与上述实施例类似，此处不再详述。

然后，电路恢复到最初第一阶段的工作状态，进行下一个工作周期的运行。至此，一个开关周期内的电路的曲线运动方程建立完成，可以绘制出相平面上的运动轨迹。请参照图5，图5(a)是图4所示单相等效电路八个阶段的U_Cr1与i_Lr的相平面图，图5(b)是图4所示单相等效电路八个阶段的U_Cr2与i_Lr的相平面图。从这两张图可以看出八个阶段下电流的变化情况，以及能够看出上述八个阶段可以循环进行。

需要说明的是，在t₂时刻，等效电容C_r2的端电压u_Cr2减小到零时，流过第一辅助开关S_a1和第二辅助开关S_a2的电流达到最大值，流过辅助电感L_r的电流i_Lr达到正向最大值I_P1；在t₄时刻，辅助电容C_r1的端电压u_Cr1减小到零时，流过寄生二极管D_a1和D_a2的电流达到最大值，流过辅助电感L_r的电流i_Lr达到反向最大值I_P2；在t₅时刻，流过寄生二极管D_a1的电流达到最大值。当谐振参数确定后，可计算出流过第一辅助开关S_a1和第二辅助开关S_a2的最大电流值，根据这些电流值来选择功率开关器件型号。三相逆变模块30的功率开关器件为零电压软开关，开关损耗为零；第一辅助开关S_a1的开关过程均为软开关过程，即零电压软开通和零电压软关断，不存在开关损耗；第二辅助开关S_a2也为软开关过程，即零电流软开通和零电流软关断，不存在开关损耗。但是第一主开关S_a1和第二主开关S_a2及其寄生二极管D_a1、D_a2以及续流二极管D_a3均存在通态损耗。理想状态下，因为辅助电感L_r，辅助电容C_r1和等效电容C_r2的电阻很小，L_r、C_r1和C_r2功耗可以近似为零。根据一个开关周期内的各阶段的理论分析，采用分段积分的方法可以得到逆变电路的元器件的功率损耗数学模型。

在一些实施例中，控制模块的控制逻辑是：当需要切换主开关的状态时，主开关动作时间相比于一般硬开关逆变器延时的时间为第二阶段的工作时间T₂加上第三阶段的工作时间T₃的和，使等效电容C_r2放电完毕，当等效电容C_r2端电压u_Cr2下降到零以后，才能完成切换动作。在主开关原动作时刻t₀时，第二辅助开关S_a2被触发导通，经过第二阶段的工作时间T₂后，当控制模块检测到流过辅助电感L_r的电流i_Lr与电流设定值I_b1相等时，第一辅助开关S_a1被关断。然后再经过第三阶段的工作时间T₃后，当控制模块检测到等效电容C_r2端电压u_Cr2下降到零时，主开关开始切换状态。主开关动作完成以后，经过第四阶段的工作时间T₄后，主开关全部开通，桥臂处于短路状态，然后再经过辅助电容C_r1为辅助电感L_r充电过程的时间T₅，当控制模块检测到流过辅助电感L_r的电流i_Lr由零值反向上升到与电流设定值I_b2相等时，三相逆变电路30中的主开关被断开，桥臂恢复到正常状态。然后再经过这个工作周期内的最后一个谐振时间T₆，当检测到电压u_Cr2增大到等效电容C_r2电压初始值E时，第一辅助开关S_a1被触发导通。根据之前所得出时间计算公式带入各元器件参数可以求得每个模式的持续时间。在确定L_r、C_r1、C_r2、I_b1以及I_b2参数值后，取I₀为最小值，以确定T₃的值，取I₀为最大值，以确定T₆的准确值，这样以上各控制时间都可以是固定值，不根据负载电流的改变而改变，所以逆变辅助电路20可以采用固定时间控制。

需要说明的是，为确保第二辅助开关S_a2实现零电流软开通，其开通瞬间的电流变化率应不大于器件允许的电流变化率；为保证第一辅助开关S_a1实现零电压软关断，其关断瞬间的电压变化率应不大于器件允许的电压变化率；为保证三相逆变电路30上的主开关实现零电压软开关，同时为便于控制，在实际应用中软开关逆变器的主开关状态切换时刻相比于硬开关逆变器要滞后固定的一个时间段，确保软开关逆变器的主开关在直流母线电压下降为零时切换开关状态；为保证第一辅助开关S_a1实现零电压软开通，使第一辅助开关S_a1在直流母线电压上升到E以后再次开通。为保证第二辅助开关S_a2实现零电流软关断，使第二辅助开关S_a2在流过辅助电感L_r的电流i_Lr下降到零以后完成关断；为限制逆变辅助电路20的损耗，流过辅助电感L_r的最大电流应不大于两倍负载电流最大值。规定逆变器直流母线电压在一定的时间T_v内完成上升和下降，需要满足T₃≤T_v和T₆≤T_v。

本实用新型实施例提供了一种逆变电路，逆变电路在主开关S_n需要切换状态时，控制模块控制第一辅助开关S_a1、第二辅助开关S_a2和主开关S_n的通断，辅助电感L_r、辅助电容C_r1以及钳位电容C_sn的产生谐振，使主开关实现软关断和软导通，本实用新型实施例中所有功率开关器件都工作在软开关条件下，开关损耗低，逆变效率高。与现有技术相比，该逆变辅助电路20中不需要串联大体积的储能电容来均分母线电压，解决了储能电容频繁充放电所引起的中性点电位变化问题，提高了逆变器的稳定性。而且该逆变辅助电路20的结构更为简单，降低了硬件成本，简化了控制策略。

本实用新型实施例提供了一种储能设备，储能设备包括上述任一项逆变电路。

在一些实施例中，储能设备还包括直流电源，第一辅助开关的第一端与直流电源的正极连接，辅助谐振模块的第二端与直流电源的负极连接。

在一些实施例中，所述储能设备还包括光伏阵列，所述光伏阵列与所述直流电源连接。具体的，所述光伏阵列用于将太阳能转化为电能为直流电源充电。

本实用新型实施例提供了一种储能设备，该储能设备可以应用于逆变器中，该储能设备在主开关需要切换状态时，控制模块控制第一辅助开关、第二辅助开关和主开关的通断，辅助电感、辅助电容以及钳位电容的产生谐振，使主开关实现软关断和软导通，本实用新型实施例中所有功率开关器件都工作在软开关条件下，开关损耗低，逆变效率高。与现有技术相比，该辅助谐振模块中不需要串联大体积的储能电容来均分母线电压，解决了储能电容频繁充放电所引起的中性点电位变化问题，提高了逆变器的稳定性。而且该辅助谐振模块结构更为简单，降低了硬件成本，简化了控制策略。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种逆变电路，其特征在于，包括：第一辅助开关、第二辅助开关、辅助谐振模块、三相逆变模块及控制模块；

所述第一辅助开关的第一端用于与直流电源的正极连接，所述第一辅助开关的第二端与所述第二辅助开关的第一端连接，所述第二辅助开关的第二端与所述辅助谐振模块的第一端连接，所述辅助谐振模块的第二端用于与所述直流电源的负极连接；所述第二辅助开关的第一端及所述辅助谐振模块的第二端与所述三相逆变模块的输入端连接，所述三相逆变模块的输出端用于连接三相负载；所述控制模块分别与所述第一辅助开关、第二辅助开关及三相逆变模块的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述辅助谐振模块包括辅助电感及辅助电容，所述第二辅助开关的第二端与所述辅助电容的第一端连接，所述辅助电容的第二端与所述辅助电感的第一端连接，所述辅助电感的第二端用于与所述直流电源的负极连接；所述辅助电感的第二端与所述三相逆变模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的逆变电路，其特征在于，所述辅助谐振模块还包括续流二极管，所述续流二极管的阳极与所述辅助电容的第二端连接，所述续流二极管的阴极与所述第二辅助开关的第一端连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的逆变电路，其特征在于，所述三相逆变模块包括三个桥臂，每一所述桥臂的输入端分别与所述第二辅助开关的第一端及所述辅助谐振模块的第二端连接，每一所述桥臂的输出端用于连接所述三相负载，每一所述桥臂的控制端与所述控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的逆变电路，其特征在于，所述三相逆变模块还包括多个钳位电容，每一所述桥臂中的开关管的两端并联一所述钳位电容。

6.根据权利要求5所述的逆变电路，其特征在于，每一所述桥臂包括第一主开关及第二主开关，所述第一主开关的第一端与所述第一辅助开关的第二端连接，所述第一主开关的第二端与所述第二主开关的第一端连接，所述第二主开关的第二端用于与所述直流电源的负极连接，所述第一主开关的第一端及第二端并联一所述钳位电容；所述第二主开关的第一端及第二端并联一所述钳位电容；所述控制模块分别与所述第一主开关及所述第二主开关的控制端连接。

7.根据权利要求6所述的逆变电路，其特征在于，所述第一主开关及所述第二主开关均为MOS管。

8.根据权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述第一辅助开关及所述第二辅助开关均为MOS管。

9.一种储能设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的逆变电路。

10.根据权利要求9所述的储能设备，其特征在于，还包括直流电源，所述第一辅助开关的第一端与所述直流电源的正极连接，所述辅助谐振模块的第二端与所述直流电源的负极连接。

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