[发明专利]一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法

说明书

本发明提供一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法，涉及电力电子技术领域。该电路包括三相主逆变电路和三相双辅助谐振换流电路，A相双辅助谐振换流电路、A相主逆变电路、B相双辅助谐振换流电路、B相主逆变电路、C相双辅助谐振换流电路和C相主逆变电路依次并联连接，同时与直流电源并联连接，各主开关管按照正弦脉宽调制、相位差为180°互补开通方式工作，本发明在保持原双辅助谐振极逆变器优点的情况下，省去了双辅助换流电路中的第三、第四辅助开关管，不仅大幅降低了逆变器的成本，同时简化了逆变电路的控制，减少了可能的故障点，从而提高了电路的实用性与安全性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种结构简单的双辅助谐振极型逆变电路及其调制方法。

背景技术

电力电子技术是通过应用电路原理和设计理论以及分析开发工具，使用电力半导体器件，对电能形式进行高效变换和控制的技术。目前，轻小化的电力电子装置越来越受到人们的青睐，而轻量化与小型化的直接手段是提高开关频率，因此高频化已成为电力电子变换器发展的重要趋势。逆变器是一类重要的电力电子变换器，在新能源、电机拖动等领域已经被广泛应用，而提高工作频率同样有助于逆变器的体积减小与性能提高。但随着开关频率的不断提高，开关损耗也将成正比增加。此外，高频产生的噪声污染和电磁干扰(EMI)问题也越来越引起人们的关注。针对以上问题，软开关技术被引入逆变器中。随着软开关逆变器的不断发展，许多新型软开关逆变拓扑不断涌现。在众多软开关逆变器拓扑中，有一类辅助谐振极型软开关逆变器拓扑可以不增加主功率开关器件的电压和电流应力，因此更适用于大功率逆变场合，受到了世界各国相关领域研究人员的持续关注。

最早提出的辅助谐振极型逆变拓扑需使用两个很大的电解质电容，具有中性点电位不稳定的问题，并且附加了单独的检测电路和额外的逻辑控制电路。随后出现了许多改进的辅助谐振极型逆变器，如变压器辅助逆变器、耦合电感逆变器、三角形或星形谐振吸收逆变器等，要么需要复杂的耦合电感或变压器及相应的磁通复位电路，要么三相谐振电路之间相互耦合，使主电路与控制策略都变得很复杂。

在2009年《仪器仪表学报》第30卷第6期、以及2013年《中国电机工程学报》第33卷第12期和2014年“IEEE Transactions on Power Electronics”第29卷第3期公开了一种新型辅助谐振极型逆变器拓扑结构，如图1所示。该逆变器避免了传统辅助谐振极型逆变器使用的两个大的电解质电容，同时具有三相辅助谐振换流电路独立可控，无需检测负载电流，在全负载范围内均能实现开关管的软开关，各元件的电压应力不大于直流输入电压等优点。但该辅助谐振极型逆变器仍然存在不足：辅助开关管的ZVS关断是靠电路的KVL实现的，然而在实际应用中，由于配线形态引入的寄生电感和寄生电容的影响，辅助开关管的ZVS关断条件将遭到破坏，不能可靠实现ZVS关断。这种影响在大功率应用场合更加明显，是实际应用中必须解决的关键问题。

为了解决以上问题，2016年“IEEE Transactions on Power Electronics”第31卷第10期公开了一种双辅助谐振极型逆变器，如图2所示。该逆变器拓扑回路不仅具有原辅助谐振极逆变器拓扑的优点，同时可有效避免回路寄生电感和寄生电容对辅助开关管ZVS关断所造成的影响，确保了辅助开关管可靠的实现ZVS关断。然而，在换流时，由于辅助换流电路中存在两组辅助谐振电感，使得其谐振过程相互耦合，带来了不可避免的系统振荡，使得系统的性能与稳定性降低。

针对以上的技术缺陷，2019年授权的一项中国发明专利(专利号ZL201810448352.1)提出了一种新型双辅助谐振极型逆变器，如图3所示。该逆变拓扑不仅保持了双辅助谐振极逆变器确保辅助开关管可靠实现软关断的优势，同时通过省去辅助换流电路中的第三、第四辅助谐振电感，完成了谐振过程的解耦，降低了耦合谐振带来的系统振荡，提高了逆变电路的性能和稳定性。

然而，该新型双辅助谐振极型逆变器仍然具有以下不足：

1、辅助换流电路中使用了4个辅助开关管，导致成本很高；