基于多電平逆變器的有源軟開關(guān)技術(shù)研究分析

1)使雜散電感減少到最小，大大減小了發(fā)生寄生震蕩的幾率。

2)可實現(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)在低速和高轉(zhuǎn)矩操作時，提高了靜態(tài)電壓的平衡和開關(guān)器件之間的損耗平衡。 該電路的缺點是：增加了兩個有源箝位開關(guān)管，采用了兩個諧振電感，使電路中元器件的數(shù)量增多，增加了電路的復(fù)雜性，降低了電路的可靠性。

在實際應(yīng)用當中，上述三種電路還存在著以下問題：

1)中點穩(wěn)定性問題。由于三電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲的直流環(huán)節(jié)有四個電容，這樣就存在兩個中點(1和2)。ARCP變換期間，兩個中點的充電平衡由輔助電流iaux1和iaux2的方向、大小和持續(xù)時間來決定。只有當輸出電流和輸出電壓之間的相移在±90°附近時，即負載是純無功負載時，對于輔助電流iaux1和iaux2來說，它們分別流入中點1和中點 2的電流的安秒值在一個輸出周期內(nèi)才相等。在其它情況下，中點將會產(chǎn)生偏移。因此在二極管箝位型三電平輔助諧振變換極逆變器中，由于存在兩個相互獨立的中 點，充電平衡所帶來的中點穩(wěn)定的問題是不可避免的。

圖6電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲

圖7電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲

2)輔助開關(guān)的反并二極管關(guān)斷時由于其反向恢復(fù)特性在輔助開關(guān)兩端將造成過電壓，雖然各種各樣的減少過電壓的方案被提出，但是都大大增加了電路的復(fù)雜性。

拓撲的討論

二極管箝位型三電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲的概念擴展到N電平逆變器。顯然，N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲仍然存在中點穩(wěn)定的問題;而且，附加元器件的數(shù)量也大為增加;系統(tǒng)的可靠性，控制的復(fù)雜性也阻礙了把N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲應(yīng)用到工業(yè)中去。需要強調(diào)的是，N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲中點穩(wěn)定性問題不是由于元器件參數(shù)的波動或寄生參數(shù)的影響而造成的，而是因為電路拓撲本身的缺點而造成的。不難得出，N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)的中點穩(wěn)定性問題和拓撲的復(fù)雜性使該電路拓撲應(yīng)用到實際的工業(yè)系統(tǒng)中去的可能性很小。電容箝位型多電平逆變器的有源軟開關(guān)技術(shù)

迄今為止，有關(guān)電容箝位型多電平逆變器的有源軟開關(guān)技術(shù)的研究非常有限。

1、電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟

開關(guān)拓撲

電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲如圖6所示。

該電路的輔助開關(guān)接在直流母線的正極和負極之間，諧振電感Laux和電容C1、C2、C3、C4組成諧振路徑。該電路有個致命的弱點，即輔助開關(guān)所承受的阻斷電壓等于Udc，這就使該電路失去了實際應(yīng)用的意義。

另外一種電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲如圖7所示。一個輔助開關(guān)連接在輸出端(經(jīng)Laux2)和箝位電容的中點，另外一個輔助開關(guān)連接在箝位電容的中點(經(jīng)Laux1)和直流環(huán)節(jié)的中點。該電路的輔助開關(guān)所承受的阻斷電壓僅為Udc/4。和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲相比，此電路的兩個中點(1和2)的電壓是穩(wěn)定的。箝位電容的中點由輔助電流來決定，每隔一個開關(guān)周期輔助電流交替改變方向，并不受功率因數(shù)的影響。該電路采用了硬開關(guān)電容箝位型三電平逆變器中為穩(wěn)定箝位電容電壓所采用的方法，即交替利用三電平變換器的兩個可能的零狀態(tài)，使箝位電容的中點電壓趨于穩(wěn)定。此外，輸出電流每隔180°，輔助電流iaux1和iaux2的方向改變一次，用來平衡由于調(diào)制策略和功率因數(shù)造成的輸出電流的不對稱。由于在三相系統(tǒng)中，輸出電流是三相對稱的，因此直流環(huán)節(jié)中點可以按照傳統(tǒng)的兩電平輔助諧振變換極電壓源型逆變器的中點穩(wěn)定的方式來趨于穩(wěn)定。

但是，該電路存在以下缺點：

多電平逆變器有源軟開關(guān)技術(shù)的研究

圖8電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲

1)和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓撲一樣，輔助開關(guān)的反并二極管關(guān)斷時由于其反向恢復(fù)特性在輔助開關(guān)兩端將造成過電壓。 2)對寄生電感參數(shù)很靈敏，處理不好，會引起寄生震蕩。