王強(qiáng) 胡斐 王天施 劉曉琴

摘 要：為使箝位二極管承受的電壓值不超過直流母線電壓，提出了一種改進(jìn)型箝位諧振直流環(huán)節(jié)逆變器，逆變器的輔助諧振電路中只有一個(gè)輔助開關(guān)器件，箝位電路中無(wú)需設(shè)置箝位開關(guān)，而且逆變器的直流母線電壓被箝位在輸入直流電壓的1.1～1.3倍，有效地降低了電壓應(yīng)力。根據(jù)各工作階段下的等效電路，分析了電路的工作過程，軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明主開關(guān)器件在輕載和滿載時(shí)都可以實(shí)現(xiàn)零電壓軟切換，輔助開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)零電流軟切換。因此，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效地降低開關(guān)損耗。

關(guān)鍵詞：逆變器；諧振；箝位；零電壓開關(guān)；零電流開關(guān)

中圖分類號(hào)：TM 464

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-449X（2018）05-0070-08

Abstract： A novel clamped resonant DClink inverter was proposed to make the voltage across the clamped diode be no more than the voltage of DCbus. There was only one auxiliary switch in auxiliary resonant circuit， and it was unnecessary to set clamped switch. Besides， the DClink voltage can be clamped at 1.1～1.3 times of input DCvoltage， which reduced the voltage pressure effectively. According to equivalent circuits under different stages， the working process of the inverter was analyzed， realization condition of the soft switching and experimental parameters were designed. The experimental results demonstrate that main switching devices achieved zerovoltage soft switching at light and full load， and auxiliary switching devices achieve zerocurrent soft switching. Therefore， the proposed topology can reduce switching loss effectively.

Keywords：inverter； resonant； clamp； zerovoltage switching； zerocurrent switching

0 引 言

近些年，各種高性能的諧振直流環(huán)節(jié)逆變器已被科研人員提出，包括無(wú)源箝位諧振直流環(huán)節(jié)逆變器[1]、有源箝位諧振直流環(huán)節(jié)逆變器[2-10]。例如文獻(xiàn)[1]提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用耦合電感輔助換流，導(dǎo)致了箝位二極管兩端承受的反向電壓是直流環(huán)節(jié)電壓的數(shù)倍，過大的電壓應(yīng)力會(huì)使器件受到不可逆轉(zhuǎn)的損害；文獻(xiàn)[2-4]提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要設(shè)置額外的箝位開關(guān)，增加了電路控制的復(fù)雜性；文獻(xiàn)[5]提出的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中用于形成電源中點(diǎn)的兩個(gè)大電容會(huì)造成逆變器中性點(diǎn)電位的變化，對(duì)軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生不利影響；文獻(xiàn)[6-8]提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，為減小直流環(huán)節(jié)在高頻諧振下產(chǎn)生的較大損耗，對(duì)母線諧振電壓采用了相對(duì)復(fù)雜的雙幅控制策略；文獻(xiàn)[9-10]提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需設(shè)定幾個(gè)與輔助開關(guān)控制有關(guān)的閾值，這樣就給電路在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)帶來(lái)了困難。

為改進(jìn)以上缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)出一種改進(jìn)型箝位諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，文中分析了輔助諧振電路的各工作階段和軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件，設(shè)計(jì)了電路實(shí)驗(yàn)參數(shù)，最后用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有效性。

1 電路結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理

1.1 電路結(jié)構(gòu)

圖1表示該逆變器的主電路。輔助諧振電路包括電感L1、L2、L3，輔助開關(guān)Sa及其反并聯(lián)二極管Da和與電感L3串聯(lián)的二極管Dc。箝位電路包括電容C1和箝位二極管Db，電容C1是一個(gè)大容量的濾波電容，在此電路中相當(dāng)于一個(gè)低壓直流電源，在該箝位電路的作用下可將電容C兩端電壓uc箝位在KUS（KUS=US+UC1，K為箝位因數(shù)）。箝位二極管Db兩端承受的反向電壓為UL1+UC1，而UL1小于US，所以UL1+UC1小于KUS，即箝位二極管承受的最大電壓不會(huì)超過直流母線電壓的最大值。為使對(duì)該新型逆變器的分析簡(jiǎn)單化，可假設(shè)：1）器件均在理想條件下運(yùn)行；2）負(fù)載電感值遠(yuǎn)大于諧振電感值，所以可將逆變器換流期間的負(fù)載電流假設(shè)為一個(gè)恒定值I0；3）C、Sinv和Dinv并聯(lián)組成逆變器等效電路，且C=3Cs。圖2所示的電路為該逆變器的主電路圖1的等效電路，圖2同時(shí)展現(xiàn)了各部分的電壓和電流的正方向。

1.2 工作過程分析

該逆變器電路工作過程分為8個(gè)階段，圖3表示電路的特征波形，圖4表示各個(gè)階段工作狀態(tài)。C、L1、L2和L3為電路的4個(gè)換能元件，uc、i1、i2和i3為整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)變量，用電容C電壓狀態(tài)變量uc和電感電流狀態(tài)變量i1、i2、i3組成3個(gè)相平面來(lái)分析此電路[11-14]。

4 結(jié) 論

相比于其它文獻(xiàn)提出的同類型逆變器，本文設(shè)計(jì)的改進(jìn)型箝位諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的顯著優(yōu)點(diǎn)是該逆變器箝位電路中的箝位二極管所承受的最大電壓值不會(huì)超過直流環(huán)節(jié)電壓的最大值，降低了開關(guān)器件電壓應(yīng)力，而且在其輔助電路中僅僅只含有一個(gè)輔助開關(guān)器件，無(wú)需設(shè)置箝位開關(guān)，控制相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，該逆變器不需要設(shè)定與電感電流有關(guān)的閾值，可使逆變器主開關(guān)在全負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。

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（編輯：張 楠）