軟開關諧振式dc-ac逆變電路的製作方法
2023-12-01 13:18:51
專利名稱：軟開關諧振式dc-ac逆變電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有雙向能量傳輸能力的DC-AC逆變電路，特別 是一種具有雙向能量傳輸能力的軟開關諧振式DC-AC逆變電路。
背景技術：
在逆變技術中，以具有雙向能量傳輸能力的高性能逆變電路最具有應 用價值。在現有技術中，對市場影響深遠，應用最為廣泛的具有雙向能量 傳輸能力的DC-AC逆變電路，有如附圖l所示，它包括
一個由四隻電子開關管(TV 、 TV 、 T5' 、 TV )組成的逆變橋，每 只電子開關管都有一隻二極體與之相併聯；
一個由一隻電感L'和一隻電容C'串聯組成的串聯支路；
一個由兩隻電子開關管(TV 、 T2')串聯組成的串聯支路，每隻電子 開關管都有一隻二極體與之相併聯；
由四隻電子開關管(T3' 、 TV 、 TV 、 TV )組成的逆變橋與由一隻 電感L'和一隻電容C'組成的串聯支路的電容C'相併聯，由一隻電感L' 和一隻電容C'組成的串聯支路的電感端與由兩隻電子開關管(TV 、T2') 組成的串聯支路的中點相連、電容端與由兩隻電子開關管(TV 、 T2')組 成的串聯支路的下管端相連，以四隻電子開關管(TV 、 T/ 、 TV 、 TV ) 組成的逆變橋的輸出端作輸出端；以兩隻電子開關管(TV 、 TV )組成的 串聯支路的上、下管端分別作直流電源Vh的正極(+ )、負極(一)輸入端。
圖中，、 D2， 、 D3， 、 D4， 、 D5， 、 D6，分別是與電子開關管T/ 、 T2， 、 T3， 、 T4， 、 TV 、 T6，並聯的二極體，ZL,是負載。
正向傳輸能量(即由輸入端向輸出端)時，電子開關管T/關閉，TV 在低頻正弦波調製下以PWM方式工作TV導通時，直流電源Vin通過T/ 、 L'為C'充電，而在TV關斷後，L'中的電流在L'上形成回掃電壓，使 D2，導通，形成續流迴路L' —C， 一D2， 一L，，由L'上的儲能繼續為C'供電；同時，於輸出電壓的正半周，電子開關管V 、 TV關閉，T5' 、 T6' 導通，於輸出電壓的負半周，電子開關管V 、 V關閉，TV 、 T4'導通， 通過電容C'輪流經Ts， 、 T6，或TV 、 T4，向負載ZJ供電，負載ZL，即 獲得正弦交變的電壓，即交流電，就完成了DC-AC的逆變工作。
當負載帶感性或容性時，在輸出電壓改變極性(即電壓過零點)前、 後一個相反相位寬度內，使TV 、 TV 、 T/ 、 T5' 、 TV處於關斷狀態， 負載無功能量將通過D3' 、 D4' 、 D5' 、 D6'組成的全橋整流電路整流後儲 存於C'，屆時，電子開關管T2'在低頻正弦波調製下以PWM方式工作T2' 導通時，電路中形成由C' —L' —V —C'這樣的電流迴路，為L'儲能， 當T/關斷後，L，中的電流在L'上形成回掃電壓，使D/導通，形成由 L， 一D/ —直流電源Vh—C' —1/這樣的續流迴路，將儲存於1/上的電 能送至直流電源Vi。，從而以Boost電路的形式，完成從輸出側向直流電源
側的無功能量回輸。
顯然，這樣的逆變電路無論是工作在正向輸能的Buck模式下，還是工 作在反向回能的Boost模式時，其承擔高頻功率變換的電子開關管都是以 硬開關方式工作的，由於硬開關工作損耗大，轉換效率低，電路元器件電 流、電壓應力很高，導致電路可靠性低下，尤其是硬開關形成的較大電磁 幹擾，嚴重影響自身控制和周遍電子設備的工作安全。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是克服上述現有的具有雙向能量傳輸 能力的DC-AC逆變電路承擔高頻功率變換的電子開關管都以硬開關方式工 作的不足，而提供一種承擔高頻功率變換的電子開關管都以軟開關方式工 作的具有雙向能量傳輸能力的軟開關諧振式DC-AC逆變電路。
本實用新型解決其技術問題所採取的技術方案是 一種承擔高頻功率 變換的電子開關管都以軟開關方式工作的具有雙向能量傳輸能力的軟開關 諧振式DC-AC逆變電路，它包括
一個由四隻電子開關管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋，每隻電子開 關管都有一隻二極體和一隻邊緣諧振電容與之相併聯；
4一個由一隻電感L與兩隻等值電容(Ch、 Crf)串聯組成的串聯支路中 點相連組成的諧振電路；
一個由兩隻電子開關管(T,、 T2)串聯組成的串聯支路，每隻電子開關 管都有一隻二極體和一隻邊緣諧振電容與之相併聯；
由四隻電子開關管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋與由兩隻電子開關 管(L、 T2)組成的串聯支路相併聯，由一隻電感Lr和兩隻等值電容(Crl、 Cr2)組成的諧振電路的電感端與由兩隻電子開關管(T,、 T2)組成的串聯支 路的中點相連、兩電容端分別與由四隻電子開關管(T3、 T4、 T5、 T6)組成 的逆變橋的兩輸出端相連，以四隻電子開關管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆 變橋的輸出端作輸出端；以兩隻電子開關管(L、 T2)組成的串聯支路的上、 下管端分別作直流電源Vh的正極(+ )、負極(一)輸入端。
參見附圖2:
圖中，Di、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6分別是與電子開關管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 Te並聯的二極體，可以是獨立的；也可以分別是電子開關管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 L寄生的。d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Ce分別是與電子開關管L、 T2、 T3、 T4、
T5、 Te並聯的邊緣諧振電容。
在正向輸出能量(即由輸入端向輸出端)時，於輸出電壓的正半周， 電子開關管T3、 L關斷，由Ts、 Te和L、 T2與由一隻電感Lr和兩隻等值電容 (Crl、 Cr2)組成的諧振電路完成逆變工作在高頻調製信號的正半周，T5、 L導通，直流電源Vi。通過Ts、 Crl、 L、 T2形成通路，為Cn正向充電，經過 一段時間後，L在C2的保護下實現零電壓關斷，T2關斷後，L中的電流在 Lr上形成回掃電壓，使"導通，形成續流迴路Di—T5—Crl—L，由Lr上 的儲能繼續為"充電，此時令L在零電壓下開通，在續流接近零點前，令 T5在Cs保護下零電壓關斷，Ts關斷後瞬間，L中的殘餘電流所形成的回掃電
壓經Cr2使De導通，形成殘流迴路Lr —L —直流電源Vin —D6 —Cr2 —Lr，此時
令T6在零電壓下開通，當這股殘餘電流歸零時，高頻調製信號正半周結束； 隨後，直流電源Vin就會通過L—L—Cr2—Te形成新的通路，給"正向充電， 就進入了高頻調製信號負半周工作，經過一段時間後，L在d的保護下實
現零電壓關斷，T,關斷後，Lr中的電流在L上形成回掃電壓，使D2導通，形成續流迴路U—Cr2—T6—D2—L，由L上的儲能繼續為Cr2充電，此時令T2
在零電壓下開通，在續流接近零點前，令Te在C6保護下零電壓關斷，Te關
斷後瞬間，L中的殘餘電流所形成的回掃電壓經Cn使D5導通，形成殘流回
路Lr —Crl —D5 —直流電源Vin —T2 —Lr，此時令T5在零電壓下開通，當這股殘
餘電流歸零時，高頻調製信號負半周結束；隨後，電路就又開始了高頻調
制信號正半周的工作，轉而給"正向充電，……，周而復始，進行著輸出
電壓正半周的高頻轉換工作，Cn和C^上被充入的正向高頻電壓相加後輸出
給負載z,。
在上述高頻調製信號的正負半周內，由於直流電源Vin供電時間的長短
受低頻基準信號調製，所以電路輸出給負載z,的電壓波形和基準信號相同。
而在輸出電壓的負半周，則是電子開關管T5、 Te關斷，轉而由T3、 T4 和L、 T2與由一隻電感L和兩隻等值電容(Cn、 Cr2)組成的諧振電路一起 工作，以上述輸出電壓正半周相同的工作方式進行轉換，從而在負載厶上 獲得極性相反的輸出電壓。
當負載L為感性或者容性負載時，負載^上的無功能量會儲存於Crl 和C^上，電路會以軟開關的工作方式將其轉換到直流電源側，屆時，關斷 T3、 T4、 T5、 T6，此時電路的工作原理如附圖3:
當負載ZL上的無功能量電壓為左正右負時，D3、 D4自然截止，在高頻調 制信號的正半周，T2關斷，Ti開通，Cn通過D5、 T\、 L放電，Ti的導通時間
寬度受負載電壓與基準電壓的瞬時誤差調製，當達到所需的時間寬度後， L在d的保護下零電壓關斷，屆時，L中的電流在Lr上形成回掃電壓，使
D2導通，形成續流迴路L —Crl —D5 —直流電源Vh —D2 —Lr，將儲存於L上的 電能送至直流電源Vin，以此實現Cn中的能量向直流電源Vin中轉移，此時
令T2在零電壓下開通，當續流自然結束後，G2即通過L、 T2、 D6開始高頻調 制信號負半周放電，同樣T2的導通時間寬度也受負載電壓與基準電壓的瞬
時誤差調製，當達到所需的時間寬度後，T2在C2的保護下零電壓關斷，屆
時，L中的電流在L上形成回掃電壓，使Di導通，形成續流迴路直 流電源Vin—D6—Cr2—Lr，將儲存於L上的電能送至直流電源Vin，以此實現
Cr2中的能量向直流電源Vin中轉移，此時令L在零電壓下開通，當續流自然結束後，就又開始了高頻調製信號正半周的工作……，周而復始，實現負
載無功能量向直流電源Vin側的回輸。
當負載L上的無功能量電壓為左負右正時，D5、 D6自然截止，轉而由 D3、 D4和T。 T2與由一隻電感Lr和兩隻等值電容(Crl、 Cr2)組成的諧振電路 一起工作，以上述負載^上的無功能量電壓為左正右負時相同的工作方式
進行轉換，從而完成負載無功能量向直流電源Vin側的回輸。
本實用新型所提供的這種具有雙向能量傳輸能力的軟開關諧振式
DC-AC逆變電路，工作時，無論是在正向傳輸能量的過程中，還是在反向回 輸能量時，承擔高頻功率變換的電子開關管都以軟開關方式工作，與現有 技術相比不僅克服了現有PWM硬開關技術的缺陷，可以大幅度地降低電 路的工作損耗，提高電路的轉換效率和開關管的工作可靠性，有效消除硬 開關帶來的強大電磁幹擾，縮小體積、降低重量、降低生產成本；並且由 於工作中諧振電路始終處於諧振狀態，可大幅度提升電路的功率轉換能力， 帶來更高效率、更低幹擾和更高的可靠性。
圖1為現有的具有雙向能量傳輸能力的DC-AC逆變電路的電原理圖。 圖2為本實用新型實施例所提供的具有雙向能量傳輸能力的軟開關諧
振式DC-AC逆變電路的電原理圖。
圖3為本實用新型實施例所提供的具有雙向能量傳輸能力的軟開關諧
振式DC-AC逆變電路在反向回輸能量時的電原理圖。
具體實施方式
參照附圖2，本實用新型實施例所提供的這種承擔高頻功率變換的電子 開關管都以軟開關方式工作的具有雙向能量傳輸能力的軟開關諧振式DC-AC 逆變電路，它包括
一個由四隻場效應電子開關管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋，每隻 場效應電子開關管都有一隻寄生二極體和一隻邊緣諧振電容與之相併聯；
一個由一隻電感Lr與兩隻等值電容(Crl、 Cr2)串聯組成的串聯支路中 點相連組成的諧振電路；一個由兩隻場效應電子開關管(T\、 T2)串聯組成的串聯支路，每隻場 效應電子開關管都有一隻寄生二極體和一隻邊緣諧振電容與之相併聯；
由四隻場效應電子開關管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋與由兩隻場 效應電子開關管(Tl、 T2)組成的串聯支路相併聯，由一隻電感L和兩隻等 值電容(Crl、 Cr2)組成的諧振電路的電感端與由兩隻場效應電子開關管(T\、 T2)組成的串聯支路的中點相連、兩電容端分別與由四隻場效應電子開關管 (T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋的兩輸出端相連，以四隻場效應電子開關 管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋的輸出端作輸出端；以兩隻場效應電子 開關管(T,、T2)組成的串聯支路的上、下管端分別作直流電源Vin的正極(+ )、
負極(一)輸入端。
圖中，Dt、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6分別是與場效應電子開關管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6並聯的二極體，分別是場效應電子開關管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6 寄生的；d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Ce分別是與場效應電子開關管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6並聯的邊緣諧振電容；C是輸出濾波電容，L是負載。
8
權利要求1、一種軟開關諧振式DC-AC逆變電路，其特徵在於，它包括一個由四隻電子開關管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋，每隻電子開關管都有一隻二極體和一隻邊緣諧振電容與之相併聯；一個由一隻電感(Lr)與兩隻等值電容(Cr1、Cr2)串聯組成的串聯支路中點相連組成的諧振電路；一個由兩隻電子開關管(T1、T2)串聯組成的串聯支路，每隻電子開關管都有一隻二極體和一隻邊緣諧振電容與之相併聯；由四隻電子開關管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋與由兩隻電子開關管(T1、T2)組成的串聯支路相併聯，由一隻電感(Lr)和兩隻等值電容(Cr1、Cr2)組成的諧振電路的電感端與由兩隻電子開關管(T1、T2)組成的串聯支路的中點相連、兩電容端分別與由四隻電子開關管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋的兩輸出端相連，以四隻電子開關管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋的輸出端作輸出端；以兩隻電子開關管(T1、T2)組成的串聯支路的上、下管端分別作直流電源(Vin)的正極(+)、負極(—)輸入端。
2、 根據權利要求1所述的軟開關諧振式DC-AC逆變電路，其特徵在於:與電子開關管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)相併聯的二極體可以是獨立的；也可以分別是電子開關管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)寄生的。
3、 根據權利要求1所述的軟開關諧振式DC-AC逆變電路，其特徵在於:電子開關管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)採用的是場效應管。
專利摘要一種軟開關諧振式DC-AC逆變電路，包括一個由四隻電子開關管組成的逆變橋；一個由一隻電感與兩隻等值電容串聯組成的串聯支路中點相連組成的諧振電路；一個由兩隻電子開關管串聯組成的串聯支路，每隻電子開關管都有一隻二極體和一隻邊緣諧振電容與之相併聯。工作時，無論是在正向傳輸能量的過程中，還是在反向回輸能量時，承擔高頻功率變換的電子開關管都以軟開關方式工作，可以大幅度降低電路的工作損耗，提高電路的轉換效率和開關管的工作可靠性，有效消除硬開關帶來的強大電磁幹擾，縮小體積、降低重量、降低生產成本；並且由於工作中諧振電路始終處於諧振狀態，可大幅度提升電路的功率轉換能力，帶來更高效率、更低幹擾和更高的可靠性。
文檔編號H02M7/72GK201290073SQ20082010651
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者徐衛東, 賈彤穎 申請人:石家莊通合電子有限公司