一种新型的零电压谐振极型逆变器

为实现一种结构简单，高效，高频，低的电压应力，易于控制的软开关三相逆变器。该文提出一种新型的三相谐振极逆变器，它可以实现逆变器主开关的零电压开通，辅助开关管的零电流开关，谐振电路功率小，与传统的辅助谐振变换极逆变器(ARCPI)不同，它避免了ARCPI使用的2个大电容，也没有中性点电位的变化问题。与三角形或星型谐振吸收逆变器(RSI)的三相谐振电路之间互相耦合不同，它的三相之间是互相独立的，这就使得逆变器易于应用各种控制策略。该文选取一相电路，对其工作原理进行了分析，给出了在不同工作模式下的等效电路图，仿真和实验结果都验证了原理的正确性。     

结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器

针对谐振极型零电流软开关逆变器的拓扑电路的辅助开关较多所导致的逆变器体积大、成本高、效率低以及控制策略复杂等问题,提出一种结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器拓扑电路,逆变器的每一相仅使用了1个辅助开关、1个谐振电感、1个谐振电容和2个辅助二极管来完成电路谐振。因此,该拓扑电路可以减小逆变器体积,降低成本,简化控制策略和提高效率。分析了逆变器在不同模式下的工作原理,给出了软开关实现条件和实际参数设计过程,建立了辅助电路功率损耗的数学模型。制作了一台2 k W的单相实验样机和一台6 k W的三相实验样机,实验结果表明该逆变器的主开关和辅助开关器件都可以实现零电流软开关。该软开关逆变器可以降低损耗和提高效率。     

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。     

谐振极软开关逆变器工作模式分析

为了解决硬开关逆变器开关损耗大、电磁干扰严重等问题并提高无刷直流电机功率变换器的整体效率,提出了一种谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的直流母线和三相输出端之间添加辅助谐振网络,实现了逆变桥开关器件的软开关切换。然后对该软开关逆变器拓扑的动作时序和工作模式进行了详细的阶段分析,并对电路的瞬态过渡过程进行了数学分析。最后,对提出的软开关逆变器进行了仿真验证。分析结果表明,辅助谐振网络的开关器件在零电流开关条件下开通和关断,其电压应力仅为直流母线电压的一半。仿真验证结果与电路原理的理论分析一致,表明电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

无中性点电位变化的辅助谐振变换极逆变器

为实现一种结构简单、可靠性高的三相软开关逆变器,提出一种新型辅助谐振变换极软开关逆变器的拓扑结构,在电路中采用高频变压器来均分直流电源电压,避免了使用大电容,没有中性点电位的变化问题,可靠地实现了主开关器件的零电压开通和辅助开关器件的零电流关断,二极管的反向恢复损耗也被有效降低,而且拓扑结构中设置了变压器的去磁复位电路,可靠地保护了辅助开关器件.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和回路的参数设计原则.制作一个1 kW的实验样机,通过实验结果验证该软开关逆变器的有效性.     

ARCPI辅助开关管尖峰电压抑制方法研究

介绍了一种适用于交流调速的三相软开关辅助谐振换流极逆变器(Auxiliary Resonant Commutated Pole Inverter,简称ARCPI).实际研制过程中,辅助开关管两端存在很大的尖峰电压,分析研究表明辅助谐振电路中存在二极管的反向恢复现象.针对这种现象,结合ARCPI的电路结构特点,提出了采用稳压管箝位、双RCD吸收、饱和电感等3种抑制辅助开关管尖峰电压的方法.通过实验可知,上述3种方法都有效实现了抑制辅助开关管尖峰电压的效果,同时,相比较前两种方法,后一种方法具有电路结构简单,能量损失小,对ARCPI影响最小的特点.     

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。     

一种可快速去磁复位变压器的新型辅助谐振变换极逆变器

为了提高辅助谐振变换极逆变器(auxiliary resonant commutated pole inverter,ARCPI)电路中变压器的去磁复位速度,避免剩磁通的累加使变压器饱和,提出了一种可快速去磁复位变压器的新型ARCPI。在各相辅助谐振电路中设置两个分别参与上桥臂和下桥臂之间换流过程的变压器。谐振结束之后,变压器将被施加约等于逆变器直流电源电压的反向电压,使变压器中的磁化电流快速衰减,在进入下一个脉宽调制周期前实现变压器的去磁复位。结合不同工作模式下的等效电路图,分析了工作过程,给出了软开关实现条件和辅助谐振电路损耗数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一台3 k W的单相实验样机,实验结果表明ARCPI的开关器件实现了软开关。该新型ARCPI能有效降低开关损耗和改善效率。     

具有简单辅助电路的并联谐振直流环节软开关逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出了一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,其辅助谐振电路含有耦合谐振电感,结构相对简单,有利于降低硬件成本。通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且直流母线零电压持续时间可以自由选择,与负载电流和谐振参数无关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,对其工作原理进行了分析,给出了软开关的实现条件和逆变器的控制方法。制作了一个140W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。     

辅助电路无储能电容的谐振直流环节软开关逆变器

多数谐振直流环节软开关逆变器在直流母线间串联分压储能电容来为谐振电路提供能量,其缺点是分压电容所形成的中性点电位可能发生变化。针对这个问题,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器拓扑电路。该拓扑电路不需要在直流母线之间串联储能电容来均分直流电源电压,没有中性点电位的变化问题,提高了软开关逆变器的可靠性,并且辅助电路结构相对简单,有利于降低硬件成本和简化控制策略。详细分析了逆变器在不同工作模式下的工作原理,给出了软开关的实现条件,建立了辅助电路的功率损耗数学模型,并制作了一台3 k W的实验样机,实验结果表明该新型软开关逆变器的开关器件实现了软开关。该新型软开关逆变器能有效降低开关损耗和改善效率。     

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。     

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     

ARCPI resonant snubber for the neutral-point-clamped inverter

This paper reports a resonant snubber for the neutral-point-clamped (NPC) inverter using the auxiliary resonant commutated pole inverter (ARCPI) technique. The proposal guarantees zero-voltage switching of the main switches and zero-current switching of the auxiliary switches without incurring any voltage or current spikes across or through the main switches and without being subjected to any modulation constraints. The operation principle of the ARCPI NPC inverter is illustrated. A simple method dealing with the static overvoltage problem of the inner switches is described. Commutation durations and current stresses in the basic ARCPI circuit are analyzed. The results enable mathematical understanding and practical designing of the basic ARCPI circuit. In particular, the self-balancing quality and controlling possibility of the DC center potential in the basic ARCPI circuit are investigated. The proposal is verified by a 3 kW half-bridge ARCPI NPC inverter laboratory prototype     

三相软开关PWM逆变器载波方式的选择

详细阐述不同载波方式对PWM逆变器输出特性的影响。指出三角载波用于硬开关PWM逆变器时 ,由于死区时间的影响 ,其输出电压电流在基波频域中含有谐波成分 ;软开关PWM逆变器如果也采用三角载波 ,则不但难以控制谐振电路的起振时间 ,而且谐振电路损耗大 ,直流电压的利用率低 ;硬开关PWM逆变器采用锯齿载波调制 ,必将导致严重的电流波形失真 ;软开关PWM逆变器交替使用正负斜率锯齿载波 ,不但谐振电路的起振时间容易控制 ,而且不会导致由死区时间引起的输出电压电流波形的失真     

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。     

改进型零电压转换PWM软开关功率变换器的实现机理分析

为改进传统谐振缓冲功率变换器(RSI)应用于高精度场合纹波较大的问题,提出一种改进型零电压转换(ZVT)脉宽调制(PWM)软开关功率变换器。通过LC环节减小输出电流纹波,并采用负载分段实现软开关的方式。轻载下利用交变的滤波电感电流实现主开关器件的零电压开通,重载下通过合理的导通谐振回路实现软开关,同时辅助开关器件实现零电流开关。该拓扑可采用PWM控制,具有效率高、纹波噪声小和开关频率固定的优点。通过分析电路的实现机理,对各工作时区进行解析计算,并给出实现软开关的条件。最后通过实验,在200kHz的开关频率下,验证了电路的有效性。相比于硬开关,效率得到了很大的提升,而相比于RSI在效率上虽有降低,但输出噪声却大幅减小。     

一种PWM软开关变流器实现及损耗分析

零电流转换（ZCT）技术通过控制辅助电路的谐振,为开关器件创造零电流的开关条件.辅助电路的引入不会对主电路的控制算法产生影响,使得传统PWM控制策略能够直接应用在软开关变流器上.在分析ZCT软开关工作原理的基础上,引入的辅助电路损耗小于减少的开关损耗,ZCT技术提高变流器的整机效率.通过一台500 kVA三相ZCT软开关PWM软开关变流器互馈试验平台,完成了功率、软开关试验及不同谐振参数下的效率对比试验.试验结果表明,PWM变流器基本实现了开关器件的零电流转换,且谐振过程与理论分析基本相同,验证了谐振电流峰值与谐振周期对整机效率的影响.