CN2281038Y - 隔离型软开关静止变流器 - Google Patents

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陈道炼
肖岚
严仰光
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Abstract

一种隔离型软开关静止变流器属电力电子变换器,其特点是具有隔离的电压型第一级直流变换器为软开关直流变换器,其变压器的输出接整流电路后,不是接由电感、电容等元件构成的滤波电路,而是直接与第二级逆变器相连,构成隔离的软开关静止变流器。从而降低了开关损耗,大幅度地提高了开关频率,简化了电路、减少了器件,减小了体积和重量,同时工作可靠、效率高,且易于获得直流至单相二相和多相交流电。

Description

隔离型软开关静止变流器
本发明创造的隔离型软开关静止变流器属电力电子变换器技术。
目前国内外研制和生产的静止变流器是将低压或高压直流电转变成恒频交流电的电力电子变换器，由隔离型直流变换器和单相桥式逆变器构成。前者将低压或高压直流电转变为适当电压的直流电，该直流电与直流电源间有电器隔离，常用单端或推挽式直流变换器；后者将适当电压的直流电转变为所需频率的交流电。但该类静止变流器都用硬开关变换技术，即所用的功率电子元件在有电压或电流条件下接通和断开，因而开关应力和开关损耗大，限制了开关频率的提高，从而限制了这类变换器体积重量的进一步减小。例如美国生产的IB型航空用静止变流器就是这样，当用双极型晶体管(GTR)时开关频率为20kHz，用功率场效应晶体管(MOSFET)时开关频率为40kHz。
美国威斯康星大学Dr.Diven教授1988年提出的谐振直流环节逆变器可以实现逆变器功率器件的零电压转换，创造了直流交流变换器的零电压开关条件，但该技术不能实现直流电源与交流输出间的隔离，必须在逆变器的输出端外加输出变换器，从而使体积和重量增加。南京航空航天大学研制的SC-250中频电源，采用结实型谐振直流环节逆变器原理，也没有电隔离功能。美国弗吉尼亚大学李泽元教授提出的单端变换器零电压(或零电流)转换的理论，为隔离型直流变换器的软开关实现奠定了基础，在此基础上发展了一系列的隔离型直流变换器电路拓扑，但是至今没有人提出采用一级变换器的软开关技术同时实现有隔离的级联的两个变换器软开关方案。
本发明创造的目的在于利用第一级直流变换器的软开关技术同时实现具有隔离的级联的两个变换器(即直流变换器和逆变器)功率器件的软开关，构成组合式隔离型软开关静止变流器，以降低开关损耗，提高开关频率，简化电路，减少元器件。减小体积和重量，且工作可靠，效率高，易于实现直流至单相和多相交流的隔离变换的静止变流器。
本发明创造的隔离型软开关静止变流器是借助于第一级隔离直流变换器的输出，用第一级的软开关实现两级变换器所有主功率元件的软开关，而构成隔离的软开关静止变流器。具有隔离的第一级直流变换器可以采用单端正激变换器、推挽变换器，半桥或桥式变换器等，第二级为单相直流脉冲列输入逆变器，其特点是第一级直流变换器是具有隔离的软开关直流变换器，其变压器输出接整流电路后不接由电感和电容等无源贮能元件构成的输出滤波器，而是直接与第二级的逆变器相连接。故第一级的输出电压为一占空比可调的矩形脉冲列，此脉冲列作为第二级直流到交流逆变器的输入电压，而该逆变器的功率器件是在脉冲列的电压为零时开关，从而实现零电压开关。
正由于本发明创造采用一级变换器的软开关技术同时实现有隔离的级联的两个变换器的软开关方案，因此可降低开关损耗，提高开关频率达100kHz，同时简化了电路，减少了元器件，且工作可靠、效率高，还易于实现直流至单相二相和多相交流的隔离变换。
附图1，为采用单端正激变换器的静止变流器的实施例原理图。
附图2，为第一级变换器输出变压器具有三个副边绕组的实施例图。
附图1是本发明创造的基本技术方案原理图。即由第一级软开关直流变换器构成的同时实现两级变换器所有主功率器件软开关的基本技术方案。本实施例第一级是采用具有隔离的电压型软开关单端正激直流变换器(也可采用推挽变换器、半桥或桥式变换器等)，第二级的逆变器为单相逆变桥主电路。本发明创造的静止变流器与现有技术的本质区别在于第一级变换器输出变压器副边W2的正端接整流电路D4后直接与第二级逆变器相连，从而革除了现有技术中第一级变换器输出变压器副边接整流电路后再接由电感电容构成的滤波电路，然后再与第二级的逆变器相连接的技术方案。附图1第一级变换器主电路由变压器T，功率场效应管S1和整流二极管D4构成，辅助电路由电感L、辅助场效应管S2和二极管D2，D3等构成。后者用于使主功率场效应管S1开关软化，其中D2，D3，D4为快恢复二极管，D1为S1的寄生二极管；第二极的单相逆变桥主电路中的SA，SB，SC，SD为功率场效应晶体管，DA，DB，DC，DD为SA，SB，SC，SD的寄生二极管，L1，C1为滤波电路，RL为用电负载。
有隔离的电压型直流变换器副边可设置多个绕组，如附图2所示，它们的输出也为矩形脉冲列。每个副边均可接单相桥式逆变器，从而可获得多相输出。例如设两个相同的副边绕组W2，W3，后接相同的两个单相逆变器，如设置逆变器的控制电路使两逆变器输出电压互差90电角，则可得到输出两相交流电的静止变换器，其九只主功率开关(若用正激直流变换器，则正激变换器主功率开关为一只，两单相逆变器主功率开关共八只)均为软开关工作。同样原理也可构成三相静止变流器。附图2为具有三个副边绕组的正激直流变换器主电路图。它的三个副边绕组可接三个单相逆变器，将三个逆变器的输出端接成星形，即可构成三相输出静止变流器。

Claims (1)

1.一种隔离型软开关静止变流器其特征在于具有隔离的电压型第一级直流变换器为软开关直流变换器，其变压器副边输出的一端接整流电路后直接与第二级逆变器相连，构成一种软开关静止变流器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999056384A1 (fr) * 1998-04-27 1999-11-04 Hua Wei Electronic Company Ltd., Shenzhen Circuit topologique d'un commutateur flexible
CN1074600C (zh) * 1998-08-31 2001-11-07 深圳市安圣电气有限公司 直流－－直流软开关功率变换拓扑电路
CN102739064A (zh) * 2012-06-29 2012-10-17 西北工业大学 一种软开关全波整流推挽正激变换器

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