[发明专利]并联开关装置中的低功耗软开关

说明书

发明领域

本发明涉及一种用来提供并联开关装置软开关的装置和方法，更具体的讲，涉及一种开关式电力变流器并联开关装置的软开关。

背景技术

常规的开关式电力变流器采用了可控开关装置，其中每个可控开关装置部包括一个开关，该开关交替连接一个在变流器输入和输出之间的电感器。在所述开关装置中包括了二极管，从而当开关闭合时在变流器的输入和输出之间提供隔离。

本领域人所共知，在开关事件中这种开关式电力变流器的开关损失了相当大的功率。无论这些变流器应用在何处(例如电动机速度控制、梯度(gradient)放大器或电源)，在开关打开以及紧跟其后的时刻会有高功率通过开关终端。开关打开时，电路中的二极管通常不会立刻停止导电，而是在阻碍反相电流和维持反相电压的能力“恢复”之前允许反相电流暂时流动。

随着开关上所需通过电流的增加，制造和实现变流器开关的难度也随之增大。例如，甚大规模半导体常常具有低的初始输出(initialyield)，产生显著热量并且需要专门的热装备，而且很难与电路中其它部件电连接。因此，大多数大电流开关是由相对容易制造的小型开关并联组合成的。然而这就需要与所述并联开关装置的使用相联系而加以权衡，以保证所述各个开关间的精确电流分配。显然，依据各开关电学特性的不同，应当有这样的情况：一个开关早于其它并联连接的开关而接通，或晚于所述其它开关而关闭。如果一个或更多个开关持续地与其余开关操作不同步，则该开关会产生很大的能量耗散，并可能随着时间的延长发生故障。

一些常规的开关式电力变流器采用辅助功率开关，从而取得高效的零电压开关(“ZVS”)，其中在开关被接通之前，首先对辅助开关进行操作以使得跨接主开关的电压降为零。所述辅助开关通常经一个小电感器与主开关电路相连接，连接点位于主开关和开关装置二极管的正极之间。由于所述二极管通常导电，因而在主开关接近零电压之前，它必定是“反相恢复”的，所述辅助开关的小电感可回收(recover)二极管和主开关电路中累积电荷的能量，而不是将其耗散。这种辅助开关通常被配置成在ZVS之后将回收的能量返回到主开关电路中。然而附加的开关导致了额外的成本投入，从而在某些应用场合中会禁止使用辅助开关。

发明内容

本发明提供了一种用于开关式电力变流器中并联开关装置软开关的装置和方法，该开关式电力变流器包括由小电感连接到一个公共节点并由一个开关控制器进行个别控制的多个开关装置。所述电感在起到共振辅助开关电感器作用的同时，也起到常规的快速电流分配阻抗的作用。每个转换周期中，所述开关控制器在启动其余开关装置之前启动开关装置的一个子集(通常为一个)。首先启动的该开关装置对存储在其二极管之内的能量进行硬回收(hard_recover)，并对其余的开关装置的二极管进行软回收(soft recover)。另外，在每个转换周期中，所述开关控制器可在其余开关装置被截止之后，截止开关装置的第二个子集(通常为一个)。这一零电流断开技术(“ZCT”)确保了大部分断开功率损失发生在最后被截止的开关装置上。而且，开关控制器对各个转换周期，将选作第一和第二子集的开关装置进行交换。

所述开关控制器包括一个时钟电路，该时钟电路为一个脉宽调制器提供时钟信号。该脉宽调制器还接收指令信号(如电力变流器负载的当前指令)，并以调制形式输出该指令信号。通过使所述调制信号经过一个或多个延迟电路并且逻辑地将延迟信号与时钟信号和/或调制信号相关联，所述开关控制器按顺序(该顺序交换在前启动和在后截止的开关装置的选择)来为各个开关装置中的开关提供启动输入。通过在各个转换周期选择不同的开关来进行首先启动及最后截止，所述开关控制器能够将功率损失和伴随的应力均匀分配到所述电力变流器中的所有开关装置中。

附图说明

下面参考对本发明及其附图的说明，本发明的这些及其它特点将会变得更为清楚，并且本发明将会变得更易于理解，其中：

图1为用于开关式电力变流器中并联开关装置软开关的一个装置

实施例的示意图。

图2为图1所示的各个位置处信号的波形图。

图3为本发明装置的另一实施例的示意图。

图4是图3实施例类似于图2的波形图。

图5为本发明装置另一实施例的示意图。

图6是图5中实施例类似于图2的波形图。

图7为本发明装置另一实施例的示意图。

图8是图7实施例类似于图2的波形图。

图9为本发明装置另一实施例的示意图。