[實用新型]準方波軟開關雙向變流電路及其應用的變流器

無效

• 申請號: 200820085544.2
• 申請日: 2008-04-15
• 公開（公告）號: CN201185397Y
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 呂征宇;姚文熙
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本實用新型涉及準方波軟開關雙向變流電路及其應用的變流器。

背景技術

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，是典型的硬開關半橋電路，其中S1、S2為功率半導體開關(例如MOSFEI、IGBT、IGCT等)，D1、D2為續流二極管，L0為儲能電感。儲能電感的一端接半橋的中點K；另一點為整個電路的電感側輸出端A。該電路能夠實現雙向DC/DC變流器，如圖1(b)所示，也能夠實現雙向DC/AC變流器，如圖1(c)所示。圖中V1為高壓側電源，V2為低壓側電源；

通常，當S1、D2參與工作，S2、D1不工作時，S1、D2就與L0構成了電能從高壓側送往低壓側的降壓電路；當S3、D1參與工作，S1、D3不工作時，S3、D1就與L0構成了電能從低壓側送往高壓側的升壓電路。

用兩個圖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條件，損耗大，尤其是續流二極管的反向恢復損耗往往占據器件損耗的大部分。已有的對圖1基本電路的軟開關改進電路主要包括直流側諧振型和負載側諧振型。

改進的直流側諧振型軟開關電路如圖2所示，其直流側母線上增加了諧振元件Lf、Cf，實現了零電壓和零電流開關動作，但其缺點是開關的電壓、電流應力均增加一倍以上，不適用于較大功率應用場合。在此基礎上延伸出一系列改進型的直流側諧振型軟開關逆變電路，直流側的諧振元件仍有損耗大的問題，依然不適用于較大功率應用場合。

改進的負載側諧振型軟開關電路如圖3所示，也同樣有開關電流應力增加的缺點，仍不適用于較大功率應用場合。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種損耗小、適用于較大功率的準方波軟開關雙向變流電路及其應用的變流器。

本實用新型的準方波軟開關雙向變流電路，包括電壓型逆變橋和輔助換流電路，電壓型逆變橋由四個開關管和并聯于各開關管的續流二極管組成，輔助換流電路由兩個換流電感與儲能電感按照星形連接組成，儲能電感的電感值是兩個換流電感的電感值之和的至少5倍，星形電路中的兩個換流電感的端點分別與電壓型逆變橋的兩個橋臂的中點相連，儲能電感的端點為電流端，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換流電感的電感值可以為零。

應用本實用新型的準方波軟開關雙向變流電路可以獲得以下幾種形式的變流器：

第一種變流器

將準方波軟開關雙向變流電路的電壓端作為高壓側，并且在高壓側兩端并聯濾波電容，電流端與電壓端負端作為低壓側，并且在低壓側兩端并聯濾波電容，構成雙向DC/DC變流器。

第二種變流器

將準方波軟開關雙向變流電路的電壓端作為高壓側，并且在高壓側兩端并聯由兩個電容串聯組成的分壓電路，電流端與分壓電容中點作為低壓側，并且在低壓側兩端并聯濾波電容，構成雙向DC/AC變流器。

第三種變流器

將兩套或兩套以上所說的準方波軟開關雙向變流電路的電壓端并聯作為高壓側，并在高壓側兩端并聯濾波電容，各電流端為交流相線，構成雙向DC/AC單相全橋變流器或多相變流器。

第四種變流器

將兩套或兩套以上所說的準方波軟開關雙向變流電路的電壓端并聯作為高壓側，并在高壓側兩端并聯由兩個電容串聯組成的分壓電路，各電流端為交流相線，分壓電容中點為零線，構成帶零線雙向DC/AC多相變流器。

本實用新型的有益效果在于：

準方波軟開關雙向變流電路比目前常用的半橋電路增加一組橋臂，器件的數量有所增加，但器件承受的電壓和電流應力并沒有增加。通過準方波的換流電路實現開關的零電壓開通和續流二極管的零電流關斷，降低變流器的開關損耗，尤其解決了續流二極管反向恢復這一主要損耗來源，可以顯著提高變流器的效率。本實用新型的準方波軟開關雙向變流電路與傳統諧振軟開關電路相比，由于電壓、電流應力不增加，更加適合較大功率變流器的變流效率提升。

附圖說明

圖1是硬開關半橋電路及其應用，其中(a)為硬開關半橋電路，(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；