[发明专利]一种软开关逆变电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于逆变器技术领域，尤其是涉及一种软开关逆变电路及其控制方法。

背景技术

目前，大多数桥式逆变器采用硬开关脉冲宽度调制(PWM)技术，在PWM逆变器中，输出变压器、滤波电感和散热器的体积和重量占主要部分，为了减小电力电子装置的体积与重量，提高逆变器的功率密度，必须提高逆变器功率开关器件的开关频率。但是高频化后，功率开关器件的开关损耗急剧增大，导致功率开关器件的结温急剧上升，阻止了功率变换电路的高频化；而且高频化后功率开关器件很大的电压、电流变化率(du/dt、di/dt)将产生较大的电磁干扰(EMI)，影响电路的正常运行。同时，功率开关器件导通或关断瞬间的电压和电流峰值可能使功率开关器件的运行轨迹超出安全工作区(SOA)，导致功率开关器件的损坏。采用缓冲电路虽然可降低功率开关器件的开关损耗，但其将损耗转移到阻容元件消耗，系统效率低。因此，人们研究谐振软开关来解决上述问题。所谓“软开关技术”，就是通过谐振，使功率开关器件在其电压为零或电流为零时导通或关断，避开功率开关器件开关时电压与电流的重叠，从而降低du/dt、di/dt和开关损耗。

但是较早提出的谐振直流环节逆变器存在着开关电压应力较高、谐振电感损耗较大、及离散脉宽调制引起的谐波等问题；而准谐振直流环节逆变器需要在电感电流中预先设定一个或几个和辅助开关控制有关的阈值，谐振的发生才能达到预期的工作过程，这些阈值通常情况与负载电流有关，这就给电路在全负载范围内的实现带来了困难，控制比较复杂。

《电工技术学报》2001年第16卷第6期公开了“一种新的直流母线并联谐振零电压过渡三相PWM电压源逆变器”。如图11所示，该技术在直流环节添加辅助谐振电路8，该电路在传统的直流环节逆变器电路中直流母线上增加了一个由直流母线开关S_L、两个反方向串联的辅助开关S_A和S_B、一个辅助二极管VD及谐振电感Lr和电容Cr构成的谐振网络，所有增加的辅助开关均带有续流二极管，逆变桥功率开关器件需要动作时通过合理控制开关器件S_A、S_B、S_L，使得直流环节电压谐振到零，直流环节零电压凹槽期间逆变桥功率开关器件完成开关动作，开关过程结束后使得直流环节电压谐振回升。

中国专利200610105134.5公开了“一种谐振直流环节软开关逆变电路”，如图12所示，该技术在直流电源1和逆变桥4之间添加谐振辅助电路二9，包括3个辅助开关、6个二极管、3个电容和1个电感；二极管D2、D3、D4、D5依次串联，D2的阴极接直流母线P1极，D2的阳极和电容C1的一端以及D3的阴极相连，D5的阴极和电容C2的一端以及D4的阳极相连，D5的阳极接直流母线的N极；D1的阴极和电容C2的另一端相接，然后接直流母线的P2极，D1的阳极接直流母线的N极；辅助开关V2、V3串联，串联点与电感Lr一端相连，同时与D3的阳极、D4的阴极相连，V2的另一端接直流母线P1极，V3的另一端接直流母线的N极；电感Lr的另一端和电容C1的另一端相连后接直流母线的P2极；辅助开关V1两端接二极管D6两端，D6的阴极接直流母线的P1，D6的阳极接直流母线的P2极；电容Cr两端接于直流母线的P2极和N极；P1极接直流电源的正极；P2极接逆变桥的正端；N极接直流电源的负极和逆变桥的负端；控制电路连接辅助开关V1、V2、V3。

这两项技术既克服了传统PWM逆变器开关损耗大、电磁干扰严重的缺点，又具有如下优点：①所有的开关均为零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)；②谐振自然发生，不需要设定阈值；③逆变桥中的续流二极管也是软关断，克服了反向恢复问题；④谐振过程所用的时间短；⑤可以实现PWM控制方法等。

但这些技术仍然存在不足：谐振辅助电路中需要增加三个辅助开关，同时，三个辅助开关需要三套驱动单元和驱动电源，增加了系统附加成本和控制的复杂程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种附加成本低、易于工程实现，提高逆变器的工作效率和功率密度，降低电磁干扰，简化控制方法的软开关逆变电路。