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多电平逆变器有源软开关技术的研究

作者:时间:2011-03-16来源:网络收藏


图4辅助谐振变换极三[9]


图3辅助谐振变换极三[8]


图5辅助谐振变换极三[10]


1)辅助所承受的阻断电压是0.75Udc,阻断电压的数值较高。

2)流过吸收电容C3的电流有效值是流过吸收电容C1和C2的电流有效值的1.4倍。

3)内部管Sa2和Sa1′和箝位二极管Da和Da′在关断时,其能量是间接地被电容C3吸收,这样会造成较大的杂散电感,将导致软变换期间的寄生震荡。 为了克服图3电路存在的缺点,文献[9]和文献[10]分别提出了图4和图5所示的电路。

图4所示电路的辅助谐振变换电路由辅助Saux1和Saux2、谐振电感Laux1和Laux2、关断吸收电容C1、C2、C3、C4组成。当开关管Sa2导通和Sa2′关断时,辅助开关Saux1帮助主开关Sa1和Sa1′在软开关条件下完成变换,使输出电压交替连接到正极母线和中点;当开关管Sa1导通和Sa1′关断时,辅助开关Saux2帮助主开关Sa2和Sa2′在软开关条件下完成变换,使输出电压交替连接到负极母线和中点。C1作为开关管Sa1的关断吸收电容,C2作为开关管Sa2和箝位二极管Da的关断吸收电容,C3作为开关管Sa1′和箝位二极管Da′的关断吸收电容,C4作为开关管Sa2′的关断吸收电容。

该电路的优点是:

1)辅助开关所承受的阻断电压减小到0.5Udc。

2)可实现主开关管的零电压开关和辅助开关管的零电流开关。

3)箝位二极管关断时的能量直接被吸收电容所吸收,减少了杂散电感,也减少了关断时因二极管的反向恢复特性造成的损耗。

该电路的缺点是:

1)用了两个谐振电感,电路的元器件数量较多。

2)对于软开关变换来说,当一个开关周期内的平均输出电压和平均输出电流的乘积(即平均输出功率)大于零时,吸收元器件的布置是最优的,因为此时,变换出现在被直接吸收的器件Sa1和Da之间以及Sa2′和Da′之间;当一个开关周期内的平均输出功率小于零时,变换出现在被间接吸收的内部开关管Sa2或Sa1′上,此时会造成较大的杂散电感,将导致软变换期间的寄生震荡。

为了克服图4所示电路的缺点,使吸收元器件的布置是最优的,文献[10]提出了图5所示的软开关拓扑。该电路的辅助谐振变换电路由辅助开关Saux1和Saux2、谐振电感Laux1和Laux2、Sa与Da、Da′与Sa′所组成的箝位开关及关断吸收电容C1、C2、C3、C4组成。但是该电路中吸收电容的布置与图4所示电路中吸收电容的布置不同,每个主开关器件都并联有一个直接吸收电容。这样的结构使杂散电感减少到最小,并减少了由于平均输出功率小于零的变换所带来的损耗。然而,该电路需要箝位开关来控制在软开关变换时吸收电容的充电过程。箝位开关的积极作用是在低速和高转矩操作时,提高静态电压的平衡和开关器件之间的损耗平衡。

该电路的优点是:

1)使杂散电感减少到最小,大大减小了发生寄生震荡的几率。

2)可实现主开关管的零电压开关和辅助开关管的零电流开关。

3)在低速和高转矩操作时,提高了静态电压的平衡和开关器件之间的损耗平衡。 该电路的缺点是:增加了两个有源箝位开关管,采用了两个谐振电感,使电路中元器件的数量增多,增加了电路的复杂性,降低了电路的可靠性。

在实际应用当中,上述三种电路还存在着以下问题:

1)中点稳定性问题。由于三电平辅助谐振变换极软开关拓扑的直流环节有四个电容,这样就存在两个中点(1和2)。ARCP变换期间,两个中点的充电平衡由辅助电流iaux1和iaux2的方向、大小和持续时间来

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图6电容箝位型三电平逆变器的辅助谐振变换极软开关拓扑


图7电容箝位型三电平逆变器的辅助谐振变换极软开关拓扑



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