基于多電平逆變器的有源軟開關(guān)技術(shù)研究分析

極軟開關(guān)拓?fù)?/p>

在高壓大功率應(yīng)用場合，提出了各種各樣的軟開關(guān)拓?fù)?，其中，輔助諧振變換極電路 (auxiliaryresonantcommutatedpoleinverter)是較為成功的一種。近年來的文獻(xiàn)表明把輔助諧振變換極的拓?fù)鋽U(kuò)展到二極管箝位多電平逆變器中去，理論上是可行的，圖3、圖4概括了已經(jīng)提出的三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)洹?/p>

圖3所示的電路，該電路的輔助諧振變換電路由輔助開關(guān)Saux1和Saux2、諧振電感Laux、關(guān)斷吸收電容C1、C2和C3組成。輔助開關(guān)Saux1幫助主開關(guān)Sa1和Sa1′在軟開關(guān)條件下完成變換，輔助開關(guān)Saux2幫助主開關(guān)Sa2和Sa2′在軟開關(guān)條件下完成變換。C1 作為開關(guān)Sa1的關(guān)斷吸收電容，C2作為開關(guān)Sa2′的關(guān)斷吸收電容，C3作為內(nèi)部開關(guān)管Sa2和Sa1′和箝位二極管Da和Da′的關(guān)斷吸收電容。

該電路的優(yōu)點(diǎn)是：

1)所需附加元器件的數(shù)量最少；

2)可實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管的零電壓開關(guān)和輔助開關(guān)管的零電流開關(guān)。

該電路的缺點(diǎn)是：

多電平逆變器有源軟開關(guān)技術(shù)的研究

圖3輔助諧振變換極三電平逆變器

圖4輔助諧振變換極三電平逆變器

圖5輔助諧振變換極三電平逆變器

1)輔助開關(guān)所承受的阻斷電壓是0.75Udc，阻斷電壓的數(shù)值較高。

2)流過吸收電容C3的電流有效值是流過吸收電容C1和C2的電流有效值的1.4倍。

3)內(nèi)部開關(guān)管Sa2和Sa1′和箝位二極管Da和Da′在關(guān)斷時(shí)，其能量是間接地被電容C3吸收，這樣會(huì)造成較大的雜散電感，將導(dǎo)致軟變換期間的寄生震蕩。 為了克服圖3電路存在的缺點(diǎn)，分別提出了圖4和圖5所示的電路。

圖4所示電路的輔助諧振變換電路由輔助開關(guān)Saux1和Saux2、諧振電感Laux1和Laux2、關(guān)斷吸收電容C1、C2、C3、C4組成。當(dāng)開關(guān)管Sa2導(dǎo)通和Sa2′關(guān)斷時(shí)，輔助開關(guān)Saux1幫助主開關(guān)Sa1和Sa1′在軟開關(guān)條件下完成變換，使輸出電壓交替連接到正極母線和中點(diǎn);當(dāng)開關(guān)管Sa1導(dǎo)通和Sa1′關(guān)斷時(shí)，輔助開關(guān)Saux2幫助主開關(guān)Sa2和Sa2′在軟開關(guān)條件下完成變換，使輸出電壓交替連接到負(fù)極母線和中點(diǎn)。C1作為開關(guān)管Sa1的關(guān)斷吸收電容，C2作為開關(guān)管Sa2和箝位二極管Da的關(guān)斷吸收電容，C3作為開關(guān)管Sa1′和箝位二極管Da′的關(guān)斷吸收電容，C4作為開關(guān)管Sa2′的關(guān)斷吸收電容。

該電路的優(yōu)點(diǎn)是：

1)輔助開關(guān)所承受的阻斷電壓減小到0.5Udc。

2)可實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管的零電壓開關(guān)和輔助開關(guān)管的零電流開關(guān)。

3)箝位二極管關(guān)斷時(shí)的能量直接被吸收電容所吸收，減少了雜散電感，也減少了關(guān)斷時(shí)因二極管的反向恢復(fù)特性造成的損耗。

該電路的缺點(diǎn)是：

1)用了兩個(gè)諧振電感，電路的元器件數(shù)量較多。

2)對于軟開關(guān)變換來說，當(dāng)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均輸出電壓和平均輸出電流的乘積(即平均輸出功率)大于零時(shí)，吸收元器件的布置是最優(yōu)的，因?yàn)榇藭r(shí)，變換出現(xiàn)在被直接吸收的器件Sa1和Da之間以及Sa2′和Da′之間;當(dāng)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均輸出功率小于零時(shí)，變換出現(xiàn)在被間接吸收的內(nèi)部開關(guān)管 Sa2或Sa1′上，此時(shí)會(huì)造成較大的雜散電感，將導(dǎo)致軟變換期間的寄生震蕩。

為了克服圖4所示電路的缺點(diǎn)，使吸收元器件的布置是最優(yōu)的，文獻(xiàn)[10]提出了圖5所示的軟開關(guān)拓?fù)?。該電路的輔助諧振變換電路由輔助開關(guān) Saux1和Saux2、諧振電感Laux1和Laux2、Sa與Da、Da′與Sa′所組成的有源箝位開關(guān)及關(guān)斷吸收電容C1、C2、C3、C4組成。但是該電路中吸收電容的布置與圖4所示電路中吸收電容的布置不同，每個(gè)主開關(guān)器件都并聯(lián)有一個(gè)直接吸收電容。這樣的結(jié)構(gòu)使雜散電感減少到最小，并減少了由于平均輸出功率小于零的變換所帶來的損耗。然而，該電路需要有源箝位開關(guān)來控制在軟開關(guān)變換時(shí)吸收電容的充電過程。有源箝位開關(guān)的積極作用是在低速和高轉(zhuǎn)矩操作時(shí)，提高靜態(tài)電壓的平衡和開關(guān)器件之間的損耗平衡。