[发明专利]具有电压平衡电路的辅助谐振换向极变流器

说明书

提供了一种谐振电力变流器。所述谐振电力变流器包括用于平衡馈给连接(N)中的电压的平衡电路(BC)。所述平衡电路(BC)包括：与电感器串联的第一正控制装置(BS1)和与电感器(BL)串联的第二负控制装置(BS2)，其中第一正控制装置(BS1)和电感器(BL)在正DC导体(1a)与馈给连接(N)之间耦接，其中第二负控制装置(BS2)在负DC导体(1b)与馈给连接(N)之间耦接。所述第一正控制装置和所述第二负控制装置(BS1、BS2)适于交替地接通和关断以用于平衡谐振电力变流器，使得在馈给连接(N)中的电压实质上为正DC导体(1b)和负DC导体(1a)的平均电压。

技术领域

本发明总体上涉及用于限制切换所需功率的谐振电力转换的改进电路。

背景

在电力变流器中，当所有组件均不具有理想特性时产生损耗。损耗在电源电路中引入热量，其中除了消耗能量将热应变引入到所有部件中之外，还缩短了使用寿命。

期望增大电力变流器的操作频率，这样生成的输出然后可以被更准确地控制。增大切换频率导致较低的切换纹波、较小的组件值，继而导致本发明的更紧凑、重量轻且有成本效益的实现。另外，较低的切换纹波允许可能降低的EMI，继而更接近无干扰切换的目标。更进一步，具有高切换频率允许由电力变流器生成更高频率的电流，从而扩大了合适的变流器应用的范围。

但是，增大频率也增大了切换损耗，因为大部分损耗基于切换周期出现。在电流穿过半导体时或在其上存在电压差时迫使半导体换向，需要必须向半导体供应的能量。因此，减小穿过半导体的电流或其两端的电压降低了开关的总输入功率，并且因此降低了系统的总输入功率。

降低特定开关上的损耗的一种方式是添加谐振组件到电路，其中电流通过电感元件、通过电容器放电生成。采用这种技术的电路已知为谐振变流器。谐振变流器的使用实现软开关，这降低了在切换操作中消耗的能量。通常存在两种类型的软开关：零电压切换和零电流切换。零电压切换包括在换向之前将开关上的电压差减到最小，而零电流切换包括在切换之前将经过其中的电流减到最小。为使真实的零电压切换成为可能，谐振电路必须正确调节在开关一侧的电压，使得开关上不存在电势差。

生成较少的EMI噪声是其自身的重要目标。在其中变流器或逆变器被直接连接到电网的应用中，EMI噪声可导致问题，这些问题在正常情况下通过采用EMC滤波器解决。EMC滤波器必须与变流器串联地放置，从而处理满电流容量。通过将EMI降至最低，可使EMC滤波器从变流器设计中省去。

概要

提供一种谐振电力变流器。所述谐振电力变流器包括：DC电源，正DC导体、负DC导体、相导体、以及在DC电源与相导体之间耦接的电力转换单元。电力转换单元包括：在正DC导体与相导体之间耦接的第一开关，和与第一开关并联的第一二极管，以及在负DC导体与相导体之间耦接的第二开关，和与第二开关并联的第二二极管。电力转换单元还包括在DC电源的中点上的馈给连接与相导体之间耦接的谐振辅助切换电路。谐振辅助切换电路包括控制装置，以用于控制通过馈给连接与相导体之间的谐振辅助切换电路的电流。

谐振电力变流器还包括用于平衡馈给连接中的电压的平衡电路。平衡电路包括与电感器串联的第一正控制装置。第一正控制装置和电感器在正DC导体与馈给连接之间耦接。平衡电路还包括与电感器串联的第二负控制装置，其中第二负控制装置在负DC导体与馈给连接之间耦接。第一正控制装置和第二负控制装置适于交替地接通和关断以用于平衡谐振电力变流器，使得在馈给连接中的电压实质上为正DC导体和负DC导体的平均电压。

通过平衡DC电源，谐振电力变流器能够更好地减小开关两端的电压，使得切换可以以低损耗执行。

根据一个实施例，谐振电力变流器还包括与电感器并联或串联的辅助电容器，使得当电流流过谐振辅助切换电路时产生并联或串联谐振电路。

根据一个实施例，第一正控制装置和第二负控制装置与单个电感器串联连接，然后再耦接到馈给连接。该实施例用几个组件创建平衡电路。