[实用新型]一种感性双向电流负载的软开关变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能够对感性负载的电流进行双向安全有效控制的软开关变换器。

背景技术

感性负载在现实生活中大量存在，如各种电机的励磁绕组、电枢绕组，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。现有电机励磁电源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励磁线圈的电流，其输出的精度和稳定度直接影响电机励磁的精度和稳定度。随着电机性能的提升，就要求励磁电源的开关变换器必须具有较高的输出精度和稳定度，并且要求励磁电流能够大范围快速的调节，也就要求励磁电源的开关变换器必须具有较高的调节速度和带宽。随着电机容量的增大，励磁电源开关变换器的主电压已提升到DC300V左右，输出电流也较大，最大可以达到几千安培，电压和电流应力较大。大型电机的励磁线圈是一个很大的电感，电感量可以达到H级水平，在励磁电源快速调节时，流过负载的电流变化率感生出来的电动势会很高，励磁电源的开关变换器必须能够承受这一反电动势。励磁电源的开关变换器工作在高电压大电流大冲击的环境里，是励磁系统中最容易发生故障的环节。现有励磁电源的开关变换器一般采用H桥变换器。但是，传统的H桥变换器的开关损耗大，效率低，在20KHZ斩波频率时正常效率不足80％，需要巨大笨重的散热器。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

本实用新型的目的在于克服传统的H桥变换器的以上缺点，提供一种适合感性双向电流负载的软开关变换器，以实现主功率开关能够在两端电压为零时开通或关断，辅助功率开关能够在流过电流为零时开通或关断，从而使该变换器在高频工作时的开关损耗明显降低，电磁辐射明显减小，功率开关电压电流冲击明显减小。

本实用新型所采用的技术方案是：包括由主开关T1、T2、T3、T4和续流二极管构成的传统H桥变换器主回路，其特征在于，在T1、T4与T2、T3之间并联有一辅助谐振网络，所述辅助谐振网络包括一个谐振电感Lr和一个谐振电容Cr，在谐振电感Lr和谐振电容Cr之间并联有感性负载Lo和Ro，在谐振电感Lr上串联有谐振二极管Dr1和Dr2，谐振二极管Dr1和Dr2并联有谐振开关Tr1和Tr2。

所述谐振开关Tr2或Tr1在主开关T1和T3或T2和T4截止期间导通，使谐振电感Lr和谐振电容Cr发生谐振，使主开关T1和T3或T2和T4在两端电压谐振为零时开通，谐振开关Tr2或Tr1在流过的电流为零时关断。

所述传统H桥变换器主回路为串联H桥变换器主回路或并联H桥变换器主回路。

本实用新型的有益效果是，只需在传统的H桥变换器的基础上添加一个辅助谐振网络，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，应用于电机励磁电源后在20KHZ斩波频率正常工作的效率提高到90％以上；不要使用巨大笨重的散热器，电磁干扰显著减小；功率开关的电压电流冲击更明显降低，功率开关的电压尖峰基本等于电源电压。可直接在传统的H桥变换器上进行改动，成本低，对控制算法没有任何影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的电路原理图；

图2为应用于电机励磁电源时的电路示意图。

具体实施方式

本实用新型的电路原理如图1所示：传统H桥变换器主回路是由主开关T1、T2、T3、T4及各自的续流二极管构成，其中T1和T3、T2和T4是同时开通或关断的，T1和T4是互补开通或关断的，即T1开通时T4关断、T1关断时T4开通。在T1、T4与T2、T3之间并联有一辅助谐振网络，包括一个谐振电感Lr和一个谐振电容Cr，在谐振电感Lr和谐振电容Cr之间并联有感性负载Lo和Ro，在谐振电感Lr上串联有谐振二极管Dr1和Dr2，谐振二极管Dr1和Dr2并联有谐振开关Tr1和Tr2，所述谐振开关Tr2或Tr1在主开关T1和T3或T2和T4截止期间导通，使谐振电感Lr和谐振电容Cr发生谐振。

实施例：应用于电机励磁电源

结合图2：实际应用时，主开关和谐振开关可以选用GTR、MOSFET或IGBT等可控功率元件，电机励磁电源选用IGBT，