CN2742672Y

CN2742672Y - 适合感性负载的软开关变换器

Info

Publication number: CN2742672Y
Application number: CN 200420068157
Authority: CN
Inventors: 王宁; 李云钢
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2005-11-23
Anticipated expiration: 2014-07-15

Abstract

一种适合感性负载的软开关变换器，包括两主开关和续流二极管，其特征在于它是在由主开关和续流二极管构成的桥式主回路之间设置可实现主开关在零电压下开通和关断之辅助谐振网络。所述辅助谐振网络由谐振电感、谐振电容和谐振开关组成，谐振电容与由感性负载和负载电感内阻组成的串联线路并联，同时亦与由谐振电感和谐振开关组成的串联线路相并联，在由谐振电感和谐振开关组成的串联线路上。本实用新型只需在现有两象限H桥变换器的主回路上设置辅助谐振网络，就实现了变换器的软开关工作，大大降低了变换器在高频工作时的开关损耗、电磁辐射和功率开关的电压电流冲击，对现有两象限H桥变换器改动不大，成本增加不多，且对控制算法无任何影响。

Description

适合感性负载的软开关变换器

技术领域：

本实用新型涉及一种开关控制电力电子装置，具体涉及一种适合感性负载的软开关变换器。

背景技术：

感性负载在现实生活中大量存在，像各种电机的绕组，选矿和起重用的电磁铁等都是感性负载，新兴的磁悬浮列车更是依靠电感量巨大的悬浮电磁铁来实现悬浮运行，从而具有了高速安全无污染噪音小等一系列特点。控制感性负载的电流有两种方式：线性变换器和开关变换器。线性变换器效率低下，需要巨大笨重的散热装置，而且时间响应慢，已经逐渐被淘汰。开关变换器通过PWM原理控制功率开关的通断来改变加在感性负载上的有效电压，进而控制流过感性负载的电流，具有体积小、重量轻、效率高的特点，因而被广泛使用。磁悬浮列车中的开关变换器的作用就是要能够按照输入的控制指令输出合适的有效电压从而控制悬浮电磁铁的电流，其输出的精度和稳定度直接影响列车悬浮的精度和稳定度，而一节磁悬浮列车的重量有二十几吨，悬浮间隙却只有10mm左右，所以就要求磁悬浮列车中的开关变换器必须具有较高的输出精度和稳定度。磁悬浮列车从空载至满载，从平道至坡道，从直道至弯道都要保持悬浮间隙稳定不变，而悬浮系统本身却是一个不稳定系统，这就要求悬浮电磁铁的悬浮力能够大范围快速的调节，而具体到控制悬浮电磁铁电流的开关变换器就要求它必须具有较高的调节速度和带宽。磁悬浮列车中的开关变换器的输入主电压都很高，一般都在DC300V左右，输出电流也较大，最大可以达到DC100A，电压和电流应力较大。磁悬浮列车中的开关变换器的负载悬浮电磁铁是一个很大的电感，电感量可以达到H级水平，在悬浮力快速调节时，流过负载的电流变化率感生出来的电动势会很高，磁悬浮列车中的开关变换器必须能够承受这一反电动势。磁悬浮列车中的开关变换器工作在高电压大电流大冲击的环境里，是悬浮控制系统中最容易发生故障的环节，磁悬浮列车中的开关变换器的可靠性提高了悬浮控制系统的可靠性就提高了。综合以上要求，磁悬浮列车中的开关变换器一般采用电流调节速度快，结构简单耐冲击的两象限H桥变换器。但是，传统的两象限H桥变换器的开关损耗大，效率低，在20KHZ斩波频率时正常悬浮效率不足60％，需要巨大笨重的散热器，浪费了磁悬浮列车的宝贵资源。电磁干扰也十分严重，影响到其它电器设备的正常工作。功率开关的电压电流冲击也较大，往往电压尖峰会达到电源电压的两倍，使得开关变换器的可靠性降低。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种高频工作时开关损耗小，电磁辐射小，功率开关电压电流冲击小之适应感性负载的软开关变换器。

本实用新型是通过下面的技术方案解决上述技术问题的。它包括两主开关和续流二极管，其特征在于它是在由主开关和续流二极管构成的桥式主回路之间设置可实现主开关在零电压下开通和关断之辅助谐振网络。所述辅助谐振网络由谐振电感、谐振电容和谐振开关组成，所述谐振电容与由感性负载和负载电感内阻组成的串联线路并联，同时亦与由谐振电感和谐振开关组成的串联线路相并联，在由谐振电感和谐振开关组成的串联线路上，还设有可阻止电流反向流过谐振开关的谐振二极管。

本实用新型只需在现有的两象限H桥变换器的主回路上设置辅助谐振网络，就实现了变换器的软开关工作，大大降低了变换器在高频工作时的开关损耗，应用于磁悬浮列车后在20KHZ斩波频率正常悬浮时的效率提高到近90％，电磁干扰显著减小，功率开关的电压电流冲击更明显降低，应用于磁悬浮列车后，功率开关的电压尖峰基本等于电源电压。本实用新型结构简单，容易实现，对现有的两象限H桥变换器改动不大，成本增加不多，对控制算法没有任何影响。

附图说明：

图1为本实用新型实施例电路图；

图2为本实用新型在磁悬浮列车悬浮电磁铁控制中的具体应用电路图。

图中：

T1-主开关； D2-续流二极管； T3-主开关；

D4-续流二极管； Cr-谐振电容； Lr-谐振电感；

Tr-谐振开关； Dr-谐振二极管； Lo-负载电感；

Ro-负载电感内阻； E-输入滤波电容。

具体实施方式：

本实用新型是在传统的由主开关和续流二极管构成的两象限H桥变换器的基础上所进行的改进，通过在两象限H桥之间设置辅助谐振网络，可使主开关能够在零电压下开通和关断，从而大大降低变换器在高频工作时的开关损耗、电磁辐射和功率开关的电压电流冲击。

图1展示了本实用新型一个应用实施例。如图所示，它包括主开关T1、T3和续流二极管D2、D4，主开关T1和续流二极管D2与主开关T3和续流二极管D4构成现有的两象限H桥变换器，主开关T1和T3是同时开通或关断的。本实用新型在上述桥式主回路之间设置一辅助谐振网络，所述辅助谐振网络由谐振电感Lr、谐振电容Cr和谐振开关Tr组成，其中感性负载Lo与负载电感内阻Ro串联，谐振电感Lr与谐振开关Tr串联，上述两线路相互并联同时亦与线路谐振电容Cr相并联，该辅助谐振网络一端接于主开关T1和续流二极管D2之间，另一端接于主开关T3和续流二极管D4。主开关T1、T3，续流二极管D2和D4与谐振电感Lr和谐振电容Cr构成谐振网络发生谐振，谐振开关Tr用来控制谐振的发生和结束。这样，通过控制主开关T1、T3和谐振开关Tr的工作时序，使谐振电感Lr和谐振电容Cr形成谐振，使得主开关T1、T3在电压为零时开通或关断，谐振开关Tr在电流为零时开通或关断。

如图所示，在由谐振电感Lr和谐振开关Tr组成的串联线路上，设有谐振二极管Dr，谐振二极管Dr用来阻止电流反向流过谐振开关Tr。

本实用新型工作过程：在主开关T1和T3截至期间，续流二极管D2和D4导通续流，负载电感Lo中电流由A至B。此时打开谐振开关Tr，谐振电感Lr电流由零开始增大，续流二极管D2和D4中的电流线性减小。当续流二极管D2和D4中的电流减小到零时，续流二极管D2和D4由导通变为截止，谐振电感Lr和谐振电容Cr开始谐振。当谐振电感Lr电流谐振到零时，主开关T1和T3两端电压也谐振到零，此时主开关T1和T3就可以在零电压条件下开通，谐振开关Tr就可以在零电流情况下关断。

当主开关T1和T3关断时，由于谐振电容Cr的作用，主开关T1和T3两端的电压是从零逐渐上升至电源电压的，所以主开关T1和T3是在零电压条件下关断的。

图2展示了本实用新型在磁悬浮列车悬浮电磁铁控制中的具体应用电路图，其中E为输入滤波电容，主开关T1和T3和谐振开关Tr可以选用GTR、MOSFET或IGBT等可控功率元件。

Claims

1、一种适合感性负载的软开关变换器，它包括主开关(T1)、(T3)和续流二极管(D2)、(D4)，其特征在于它是在由主开关(T1)和续流二极管(D2)与主开关(T3)和续流二极管(D4)构成的桥式主回路之间设置可实现主开关(T1)、(T3)在零电压下开通和关断之辅助谐振网络，所述辅助谐振网络由谐振电感(Lr)、谐振电容(Cr)和谐振开关(Tr)组成，谐振电容(Cr)与由感性负载(Lo)和负载电感内阻(Ro)组成的串联线路并联，同时亦与由谐振电感(Lr)和谐振开关(Tr)组成的串联线路相并联。

2、根据权利要求1所述的适合感性负载的软开关变换器，其特征在于在由谐振电感(Lr)和谐振开关(Tr)组成的串联线路上设有可阻止电流反向流过谐振开关(Tr)的谐振二极管(Dr)。