[發(fā)明專利]準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路及其應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810060650.X
• 申請(qǐng)日: 2008-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN101262179A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂征宇;姚文熙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/5387
• 分類號(hào): H02M7/5387;H02M1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路及其應(yīng)用，尤其是在雙向直流/直流變流器，單相逆變器及多相逆變器應(yīng)用的準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路。

背景技術(shù)

目前，用于雙向直流/直流變流器，單相逆變器及多相逆變器的雙向變流電路，如圖1(a)所示，是典型的硬開關(guān)半橋電路，其中S1、S2為功率半導(dǎo)體開關(guān)(例如MOSFEI、IGBT、IGCT等)，D1、D2為續(xù)流二極管，L0為儲(chǔ)能電感。儲(chǔ)能電感的一端接半橋的中點(diǎn)K；另一點(diǎn)為整個(gè)電路的電感側(cè)輸出端A。該電路能夠?qū)崿F(xiàn)雙向DC/DC變流器，如圖1(b)所示，也能夠?qū)崿F(xiàn)雙向DC/AC變流器，如圖1(c)所示。圖中V1為高壓側(cè)電源，V2為低壓側(cè)電源；

通常，當(dāng)S1、D2參與工作，S2、D1不工作時(shí)，S1、D2就與L0構(gòu)成了電能從高壓側(cè)送往低壓側(cè)的降壓電路；當(dāng)S3、D1參與工作，S1、D3不工作時(shí)，S3、D1就與L0構(gòu)成了電能從低壓側(cè)送往高壓側(cè)的升壓電路。

用兩個(gè)圖1(a)的半橋電路可以組成如圖1(d)所示全橋單相DC/AC變流器，如圖1(e)所示三相或多相DC/AC變流器，如圖1(f)所示三相或多相帶零線DC/AC變流器。

圖1(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)的電路都工作于硬開關(guān)條件，損耗大，尤其是續(xù)流二極管的反向恢復(fù)損耗往往占據(jù)器件損耗的大部分。已有的對(duì)圖1基本電路的軟開關(guān)改進(jìn)電路主要包括直流側(cè)諧振型和負(fù)載側(cè)諧振型。

改進(jìn)的直流側(cè)諧振型軟開關(guān)電路如圖2所示，其直流側(cè)母線上增加了諧振元件Lf、Cf，實(shí)現(xiàn)了零電壓和零電流開關(guān)動(dòng)作，但其缺點(diǎn)是開關(guān)的電壓、電流應(yīng)力均增加一倍以上，不適用于較大功率應(yīng)用場(chǎng)合。在此基礎(chǔ)上延伸出一系列改進(jìn)型的直流側(cè)諧振型軟開關(guān)逆變電路，直流側(cè)的諧振元件仍有損耗大的問題，依然不適用于較大功率應(yīng)用場(chǎng)合。

改進(jìn)的負(fù)載側(cè)諧振型軟開關(guān)電路如圖3所示，也同樣有開關(guān)電流應(yīng)力增加的缺點(diǎn)，仍不適用于較大功率應(yīng)用場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種損耗小、適用于較大功率的準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路及其應(yīng)用。

本發(fā)明的準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路，包括電壓型逆變橋和輔助換流電路，電壓型逆變橋由四個(gè)開關(guān)管和并聯(lián)于各開關(guān)管的續(xù)流二極管組成，輔助換流電路由兩個(gè)換流電感與儲(chǔ)能電感按照星形連接組成，儲(chǔ)能電感的電感值是兩個(gè)換流電感的電感值之和的至少5倍，星形電路中的兩個(gè)換流電感的端點(diǎn)分別與電壓型逆變橋的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)相連，儲(chǔ)能電感的端點(diǎn)為電流端，電壓型逆變橋橋臂兩端為電壓端。

上述輔助換流電路中的其中一個(gè)換流電感的電感值可以為零。

本發(fā)明的準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路有以下幾種應(yīng)用方式：

方式1

將準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路的電壓端作為高壓側(cè)，并且在高壓側(cè)兩端并聯(lián)濾波電容，電流端與電壓端負(fù)端作為低壓側(cè)，并且在低壓側(cè)兩端并聯(lián)濾波電容，構(gòu)成雙向DC/DC變流器。

方式2

將準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路的電壓端作為高壓側(cè)，并且在高壓側(cè)兩端并聯(lián)由兩個(gè)電容串聯(lián)組成的分壓電路，電流端與分壓電容中點(diǎn)作為低壓側(cè)，并且在低壓側(cè)兩端并聯(lián)濾波電容，構(gòu)成雙向DC/AC變流器。

方式3

將兩套或兩套以上所說(shuō)的準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路的電壓端并聯(lián)作為高壓側(cè)，并在高壓側(cè)兩端并聯(lián)濾波電容，各電流端為交流相線，構(gòu)成雙向DC/AC單相全橋變流器或多相變流器。

方式4

將兩套或兩套以上所說(shuō)的準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路的電壓端并聯(lián)作為高壓側(cè)，并在高壓側(cè)兩端并聯(lián)由兩個(gè)電容串聯(lián)組成的分壓電路，各電流端為交流相線，分壓電容中點(diǎn)為零線，構(gòu)成帶零線雙向DC/AC多相變流器。

本發(fā)明的有益效果在于：

準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路比目前常用的半橋電路增加一組橋臂，器件的數(shù)量有所增加，但器件承受的電壓和電流應(yīng)力并沒有增加。通過準(zhǔn)方波的換流電路實(shí)現(xiàn)開關(guān)的零電壓開通和續(xù)流二極管的零電流關(guān)斷，降低變流器的開關(guān)損耗，尤其解決了續(xù)流二極管反向恢復(fù)這一主要損耗來(lái)源，可以顯著提高變流器的效率。本發(fā)明的準(zhǔn)方波軟開關(guān)雙向變流電路與傳統(tǒng)諧振軟開關(guān)電路相比，由于電壓、電流應(yīng)力不增加，更加適合較大功率變流器的變流效率提升。

附圖說(shuō)明

圖1是硬開關(guān)半橋電路及其應(yīng)用，其中(a)為硬開關(guān)半橋電路，(b)為雙向DC/DC變流器，(c)為雙向DC/AC變流器，(d)為全橋單相DC/AC變流器，(e)為三相或多相DC/AC變流器，(f)為三相或多相帶零線DC/AC變流器；