[发明专利]高频应用中的逆变器拓扑及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及逆变器领域，尤其涉及一种高频应用中的逆变器拓扑及其控制方法。

背景技术

在当今逆变器领域，设计具有更小体积、更高功率密度的逆变器是发展的趋势之一。超级结场效应晶体管(Cool MOSFET，简写为Cool MOS)为新一代半导体开关器件，具有极小的导通等效电阻，且没有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的电流拖尾现象。已在高频通讯电源领域广泛应用。但是Cool MOS应用在高频逆变器上有一定的限制。因为：(1)其寄生体二极管反向恢复较差，导致续流电流(即无源电流)在二极管上产生较大的反向恢复电流，从而导致高开关损耗，甚至有瞬时短路的危险；(2)寄生体二极管反向恢复较差还引起高的电压尖峰，从而将MOSFET烧毁。

例如，图1为现有技术中一种高效逆变器的拓扑结构，其中包括两个电容、两个二极管Dx和Dx’，以及四个功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4。其中Q1和Q4为Cool MOS，Q2和Q3为IGBT。控制方法为传统SPWM(正弦脉宽调制)，但其开关频率一般不高，多为19.2K，当功率加大，开关频率可能还会下调。

继续参考图1，当逆变器的负载为非线性负载时，当正半周上半桥臂101工作时，输出滤波电感102上会有反向电流。而当Q1为Cool MOS时，反向续流电流会通过Q1的寄生体二极管103续流。如果Q1的寄生体二极管103反向恢复较差，则Q3开通时，会造成Q1，Q2，Q3同时导通，在通过Dx’对地(即为电路中所示的中性点)形成短路。即使Q1的体二极管能及时关断(管子尚未损坏)，但较大的电流突变在管子上也会造成电压尖峰。

为了实现高效的高频逆变器，提高开关频率，减小磁性元件体积。如图2所示的逆变器结构，所有开关管都为Cool MOS，这样，即使使用更高频率的开关驱动，开关管上的损耗也不会很大，因为Cool MOS有着较好的开关特性。其中Q1和Q4则是需要有超快恢复寄生体二极管，但这类Cool MOS的成本非常高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高频应用中的逆变器拓扑及其控制方法，具有较低的成本，获得较高的效率。

根据本发明的一个实施例，提供一种高频应用中的逆变器拓扑，包括：

第一和第二电容，第一、第二、第三和第四功率开关管，第二和第三二极管；其中，每个功率开关管都包含有反向并联的寄生体二极管；

所述第一电容和第二电容串联，其两端分别连接至正直流母线及负直流母线以提供直流输入输出；

所述第二二极管与第三二极管串联，四个功率开关管依次以源极和漏极相连的方式串联；

所述串联后的两个电容与串联后的四个功率开关管并联，所述第一电容和第二电容的相接点与第二二极管和第三二极管的相接点连接并且连接中性点或参考地；

所述第二二极管的阴极连接第一功率开关管和第二功率开关管的相接点，第三二极管的阳极连接第三功率开关管与第四功率开关管的相接点；

所述第二、第三功率开关管的相接点连接电感以提供交流输出；

其中，在所述第一和第四功率开关管上分别串联一个反向的第五和第六功率开关管，每个功率开关管都包含有反向并联的寄生体二极管和并联的寄生电容，通过控制第五和第六功率开关管的开通和关断来阻断流经所述第一和第四功率开关管的寄生体二极管的续流电流；同时在上下桥臂分别并联一个分立的第一和第四二极管来提供续流回路。

可选的，所述第一到第六功率开关管的串联方式为：

第一功率开关管的源极与第五功率开关管的源极相连，

第五功率开关管的漏极与第二功率开关管的漏极相连，

第二功率开关管的源极与第三功率开关管的漏极相连，

第三功率开关管的源极与第四功率开关管的漏极相连，

第四功率开关管的源极与第六功率开关管的源极相连；

所述第二二极管的阴极连接第五和第二功率开关管的相接点，第三二极管的阳极连接第三和第四功率开关管的相接点；

第一二极管的阴极与第一功率开关管的漏极连接，第四二极管的阳极与第六功率开关管的漏极连接，第一和第四二极管的相接点与第二和第三功率开关管的相接点连接。

可选的，所述第一到第六功率开关管的串联方式为：

第五功率开关管的漏极与第一功率开关管的漏极相连，

第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极相连，

第二功率开关管的源极与第三功率开关管的漏极相连，

第三功率开关管的源极与第六功率开关管的源极相连，