A Novel Soft Switching Three-Phase Grid-Connected Inverter

提出了一种新型软开关三相逆变器,可以只采用一个辅助开关实现所有开关的零电压开通(ZVS),并抑制二极管反向恢复.逆变器的主开关和辅助开关具有相同且固定的开关频率,主开关和辅助开关电压应力均等于直流母线电压.分析了软开关三相桥式并网逆变器的软开关过程,研制了20 kW试验样机并完成了试验验证.     

一种新型有源箝位软开关三相并网逆变器

提出了一种新型软开关三相并网逆变器,通过在逆变器直流侧增加1个由辅助开关、谐振电感和箝位电容组成的谐振支路,可以实现逆变器主开关和辅助开关的零电压开通,同时开关反并联二极管反向恢复电流得到抑制。逆变器主开关和辅助开关具有相同且固定的开关频率,主开关和辅助开关电压应力均等于逆变器直流母线电压。对逆变器的调制策略、软开关谐振过程进行了研究,分析了逆变器谐振参数的设计方法,设计了20 kW实验样机并完成了实验验证。     

一种高效率软开关三相并网逆变器

提出一种只采用一个辅助开关,即能实现所有开关的零电压开通,并能抑制二极管反向恢复的高效率软开关三相并网逆变器.逆变器可以采用空间矢量调制(SVM)策略,主开关和辅助开关具有相同且固定的开关频率.分析了软开关三相并网逆变器的开关过程,给出了谐振参数设计步骤.研制了20 kW实验样机并完成了实验验证,实验结果表明,并网逆变...     

单相全桥谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的效率和简化控制方式,提出一种单相全桥谐振直流环节软开关逆变器。通过单独开关控制辅助谐振电路,使直流环节电压在逆变器主开关需切换时下降到零,逆变器的主开关可以实现零电压开关,同时辅助开关也可以实现零电压开关。而且,逆变器直流环节电压不会超过直流源电压。由于谐振过程和零电压持续时间都较短,因而可以减少功率消耗和提高直流电压的利用率。依据不同工作模式下的等效电路,分析其工作原理,结合相平面分析法研究其动力学行为,给出了软开关实现条件和参数设计过程,搭建了实验样机。实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关,可以有效地降低该软开关逆变器的开关损耗和提高其效率。     

用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变器

用硬开关逆变器来驱动无刷直流电机会产生逆变器的开关损耗大和运行效率低的问题。为降低开关损耗,提出一种用于无刷直流电机驱动的新型谐振极软开关逆变器的拓扑结构,通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振电路,利用辅助电路中的高频变压器的等效电感与主开关并联的缓冲电容之间的谐振,实现逆变器主开关器件的零电压开关和辅助开关器件的零电流开关。依据不同工作模式下的等效电路图,分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起了辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了1台实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关。该谐振极软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

直流母线串联辅助电路的谐振直流环节逆变器

为实现一种结构简单,控制方便,高效率,高功率密度的逆变器,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加串联在直流母线上的辅助谐振单元,使直流母线电压周期性地归零,可以实现逆变桥主开关器件的零电压开关,而且辅助开关器件可以实现零电流开通和零电压关断。此外,辅助谐振单元只有一个辅助开关,硬件成本低。分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一个1 k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

双向开关辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。直流环节电压可以周期性下降到零,使逆变器的主开关完成零电压切换,同时辅助开关也实现了零电压开关或零电流开关。此外,辅助谐振电路中有2个辅助开关相串联,构成了双向开关。控制该双向开关的通断可以调节逆变器直流环节的零电压持续时间,以方便应用各种灵活的脉宽调制策略。依据不同工作模式下的等效电路图,分析电路的工作原理,给出设计规则,建立辅助谐振电路中各器件的功率损耗和分压电容的电压变化量的数学模型。制作了1台功率为3k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关。因此该软开关逆变器可以有效降低开关损耗。     

一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器

永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势,得到了广泛应用。然而,无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动,硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了大功率无刷直流电机驱动系统功率密度和性能的进一步提升。针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电机专用的谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振网络,实现了逆变桥主开关器件的零电压(ZVS)开关动作,辅助双向开关在零电流开关(ZCS)条件开通和关断。针对新型软开关逆变器,提出了一种新的脉宽调制(PWM)控制策略——TPWM TON,逆变桥上下侧开关器件轮流进行PWM调制,保持了直流母线中点电位的平衡,且使主开关和辅助开关的开关频率降到PWM调制频率的一半。对提出的软开关逆变器进行了实验研究,实验结果验证了电路结构、理论分析和控制策略的正确性与可行性。     

一种新型40kW软开关三相脉宽调制整流器

针对三相脉宽调制整流器开关损耗问题,研究了一种软开关三相整流器,可以只采用1个辅助开关,实现所有开关的零电压开通,并抑制二极管反向恢复。分析了软开关三相脉宽调制整流器的软开关过程,给出了谐振参数设计步骤,量化了主开关和辅助开关的通态损耗和开关损耗,设计了三相软开关整流器在电网电压不平衡条件下的控制策略,研制了40kW实验样机并完成了实验验证。     

用于电机驱动的并联谐振直流环节逆变器

为实现一种结构简单,控制方便,高效率,高功率密度的逆变器,提出了一种用于电机驱动的并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,使直流母线电压周期性地归零,可以实现逆变桥主开关器件的零电压开关,而且辅助开关器件也可以实现零电压开关。此外,其辅助谐振单元只有一个辅助开关器件,所以该逆变器控制相对简单,硬件成本低。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图,软开关的实现条件。制作一个10kW的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

一种高效率高压开关电源设计与实现

设计了一种高效率高压开关电源,可以应用在高电压、低电流器件中,如行波管、磁控管等。该电源电路设计主要包括全桥逆变电路、高频升压变压器、倍压整流电路以及控制电路。为了实现开关管的软开关,有效减少开关损耗,选用了一种零电压开关移相全桥变换拓扑电路。引入了计算机辅助设计,通过电路仿真优化参数,实现了开关管的软开关,缩短了设计周期。最后搭建了原理样机,在很宽负载范围内实现了零电压开关,满载时效率大于95%。     

基于DSP的PSPWM控制在DC/AC中的应用研究

逆变电源输出功率的调节方式有多种,分析了逆变电源的功率控制原理,阐述一种采用软开关相移脉宽调制(Phased Shifted Pulse Width Modulation,简称PSPWM)方式的功率调节,对其工作原理进行分析和仿真,同时设计了基于DSP的串联谐振式逆变电源系统并进行实验.仿真和实验结果均表明,采用基于DSP的PSPWM功率控制方式能实现逆变电源的输出功率调节,开关器件工作在零电压开通和关断状态,大大减小了器件的功率损耗,提高了系统的整体效率.     

一种新型无源软开关三电平逆变器

软开关技术可以最大限度提高效率和功率密度,是满足工业应用高功率和高频化要求的最佳选择。但目前三电平逆变领域软开关技术鲜有应用且缺点尚多,如辅助开关器件繁多、控制复杂化、振荡以及开关管电压应力大等。提出一种新型无源软开关三电平逆变器,辅助电路简单且无需改变调制方式,能够平稳实现所有开关管的零电压关断和零电流开通。依据各模态的等效电路,详述了所提软开关逆变器的工作原理,总结了软开关实现的基本条件。最后,原理样机试验表明该软开关逆变器能够实现所有功率管的软开关动作,功率管电压应力限制在安全裕度以内,中点电压波动较小,换流过程不会出现高频振荡。     

变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变器

为提高逆变器的运行效率,提出了一种变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变电路拓扑结构。该拓扑结构用高频变压器来辅助换流,没有设置串联在直流母线间的均压电容,解决了中性点电位变化问题。该逆变器的主开关和辅助开关均能完成软开关动作,并且所承受的电压都不高于直流电源电压。给出了一个开关周期内逆变器在不同工作模式下的等效电路图,详细阐述了该逆变器的工作过程,给出了软开关实现条件,并建立起了辅助电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。最后制作了一台4 k W的单相实验样机,实验结果表明逆变器中的开关器件都工作在软开关条件下。该有源谐振极型软开关逆变器可以有效提高效率,减小开关损耗。     

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

A novel prototype of auxiliary edge resonant bridge leg link snubber‐assisted soft‐switching sine‐wave PWM inverter

This paper proposes a new circuit topology of the three‐phase soft‐switching PWM inverter and PFC converter using IGBT power modules, which has the improved active auxiliary switch and edge resonant bridge leg‐commutation‐link soft‐switching snubber circuit with pulse current regenerative feedback loop as compared with the typical auxiliary resonant pole snubber discussed previously. This three‐phase soft‐switching PWM double converter is more suitable and acceptable for a large‐capacity uninterruptible power supply, PFC converter, utility‐interactive bidirectional converter, and so forth. In this paper, the soft‐switching operation and optimum circuit design of the novel type active auxiliary edge resonant bridge leg commutation link snubber treated here are described for high‐power applications. Both the main active power switches and the auxiliary active power switches achieve soft switching under the principles of ZVS or ZCS in this three‐phase inverter switching. This three‐phase soft‐switching commutation scheme can effectively minimize the switching surge‐related electromagnetic noise and the switching power losses of the power semiconductor devices; IGBTs and modules used here. This three‐phase inverter and rectifier coupled double converter system does not need any sensing circuit and its peripheral logic control circuits to detect the voltage or the current and does not require any unwanted chemical electrolytic capacitor to make the neutral point of the DC power supply voltage source. The performances of this power conditioner are proved on the basis of the experimental and simulation results. Because the power semiconductor switches (IGBT module packages) have a trade‐off relation in the switching fall time and tail current interval characteristics as well as the conductive saturation voltage characteristics, this three‐phase soft‐switching PWM double converter can improve actual efficiency in the output power ranges with a trench gate controlled MOS power semiconductor device which is much improved regarding low saturation voltage. The effectiveness of this is verified from a practical point of view. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 155(4): 64–76, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20207