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。     

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。     

一种新型谐振极型软开关逆变器

提出了一种控制简单的谐振极型软开关逆变器。用硬开关逆变器的SPWM控制方式实现开关器件的零电流开通和零电压关断,且通过拓扑结构中的储能元件,在死区时间内输出相电流可以续流,减小了输出相电流在低频时的畸变率。最后通过仿真和试验,验证了原理的正确性。     

Zero-switching-loss inverters for high-power applications

The development of zero switching loss inverters has attracted much interest for industrial applications. Two topologies for realizing zero switching losses in high-power converters are proposed. The actively clamped resonant DC link inverter uses the concept of a lossless active clamp to restrict voltage stresses to only 1.3-1.5 supply voltage. For applications demanding substantially better spectral performance, the resonant pole inverter (RPI), also called the quasi-resonant current mode inverter, is proposed as a viable topology. Using only six devices rated at supply voltage, this circuit transfers the resonant components to the AC side of each phase and thus requires additional inductor and capacitor (LC) components. On the other hand, the RPI is capable of true pulsewidth modulation (PWM) operation at high frequency as opposed to discrete pulse modulation operation found in resonant DC link invertors     

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。     

一种新型的软开关正弦波PWM逆变器

为实现一种结构简单、高效、高频、低电压应力、易于控制的软开关三相逆变器控制.提出了一种新型的三相谐振极型软开关PWM逆变器,它与传统的辅助谐振极逆变器(ARCPI)不同,避免了ARCPI使用的2个大电容,没有中性点电位的变化问题.它的三相谐振电路之间是相互独立的,这就使得逆变器易于应用各种控制策略.本文选取一相电路,对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图和最优电路设计.仿真和试验结果表明:逆变器的主开关和辅助开关都能实现软开关,谐振电路功率小,对减少电磁干扰和提高效率很有意义.     

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。     

软开关PWM逆变器拓扑结构及效率分析

针对硬开关逆变器开关损耗大的问题,提出了一种控制简单的软开关PWM逆变器的拓扑结构,其拓扑结构中没有辅助开关器件,每相设置有一组谐振电感,保证各相的谐振不会互相干扰.对拓扑结构及其效率进行了理论分析.仿真结果表明,与未改进的拓扑结构相比,开关器件开通时电流没有突变,开关器件开通时的电流变化率和关断时的电压变化率被有效地降低,各相的工作过程相互独立.实验结果表明:与硬开关逆变器相比,输出线电压的畸变率降低了,效率得到了改善.该软开关逆变器能减小开关损耗,有效地提高效率和输出波形的质量.     

新型谐振直流环节软开关逆变器

为了提高开关变换器的效率和增强性能,提出了一种新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,使直流环节电压周期性出现零电压凹槽,实现逆变桥开关器件在零电压条件下的切换,减小了开关损耗和二极管的反向恢复损耗。同时,辅助谐振单元的开关也为零电流或零电压条件下的软开关操作。详细阐述了该软开关逆变器拓扑的工作原理和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。最后,对提出的新型软开关逆变器驱动三相R-L负载进行了仿真研究,仿真结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

Impact of IGBT behavior on design optimization of soft switchinginverter topologies

IGBTs operated under a zero voltage switching scheme exhibit significantly different operating characteristics from specified parameters in manufacturer data sheets. Important differences include an elevated tail current, dynamic saturation and resulting snubber dump, and a significantly higher conduction loss under moderate to high di/dt conditions. Soft switching inverter topologies of various kinds have been reported in the literature including resonant DC and AC link inverters, resonant pole inverters and many variations thereof. Loss characterization of soft switching inverter circuits reported to date is based on manufacturer data sheets, and do not reflect actual losses incurred in the circuit. Including the actual device behavior into the circuit loss calculations has a big impact on the total losses, and more importantly the trade-offs which impact the viability of a given topology at a specified operating point. This paper presents a detailed analysis of the losses in soft switching inverters and the impact on topology choice. A detailed design of a 50 kVA IGBT-based resonant DC link inverter is used as a design example, and it is seen that optimal design points and choices are significantly different from those that have been reported earlier     

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。     

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。     

一种三相软开关逆变器的特性分析与仿真研究

阐述了一种基于交流谐振环节的三相PWM逆变器零电压转换(ZVT)拓扑电路的工作特性及其控制方法,在该ZVT软开关拓扑电路的基础上,深入研究了逆变器的换向过程,重点讨论了辅助谐振电路的工作特性及谐振电感换流过程,并针对辅助谐振电感反向恢复问题,提出了采用基于谐振电感电流反馈的谐振周期控制算法,仿真结果验证了理论研究的正确性,实现了所有功率开关器件的软开关动作而无反向恢复现象。     

串并联谐振DC-AC变换器原理分析、建模及仿真

针对串联谐振和并联谐振直流环节变换器存在的谐振峰值电压过高,谐振峰值电流过大的缺点,提出了串并联谐振直流环节变换器拓扑概念。新型软开关变换器的主要优点为：谐振峰值电压可以控制在输入直流电源电压Ｕｓ,谐振频率高,谐振电路开关元件少,控制简单,且各种ＰＷＭ调制策略均可适用。文中分析了该变换器的荼原理,建立了系统的数学模型,进行了多种工作条件下的计算机仿真与实验研究。仿真与实验结果证明了该新型变换器工作     

Control of cascaded transformer multilevel inverter based DSTATCOM

In this paper, the design of a distribution static compensator (DSTATCOM) based on cascaded transformer multilevel inverter is proposed. The topology requires controlling only a common dc storage capacitor. Two-level ramp-comparison current control method is extended for the multilevel inverter using phase-shifted multi-carrier PWM. The method provides equal switching stress and power handling for all the cascaded units. The net switching frequency increases while the ripple magnitude reduces using multilevel topology. These cause the feedforward gain to increase leading to a higher bandwidth of the control loop. An expression of the feedforward gain is derived for fixed switching frequency modulation of the inverter. It is shown that the use of proportional plus resonant controller with proposed multilevel modulation improves the tracking characteristics at fundamental frequency. A seven-level inverter based DSTATCOM is proposed for the application to the three-phase medium voltage distribution system and the results are shown through the PSCAD/EMTDC simulation. The proposed modulation and control scheme is validated through the experimental results that are obtained using the laboratory model of a single-phase, five-level inverter based DSTATCOM.     

辅助谐振换流极逆变器仿真研究

随着交流电机调速技术的发展,对逆变器的性能要求也越来越高,但传统的逆变器仍然采用硬开关工作方式,存在着较大的电磁干扰和开关损耗。软开关逆变器可以降低功率开关管开关过程中的电压、电流变化率,从而达到抑制电磁干扰的目的。本文对一种新型的辅助谐振换流极逆变器(Auxiliary Resonant Commutated Pole Inverter,AECPI)进行了理论分析和仿真研究,对该电路结构的优、缺点进行了详细的阐述,分析了对软开关性能产生影响的因素。     

三相辅助二极管谐振极逆变器的研究

通过详细地分析辅助二极管谐振极逆变器的工作过程，将具有零电压、零电流转换特性的极谐振概念应用于三相逆变器的软开关化的实现，并通过仿真和实验进行进一步的验证。     

The resonant DC link converter-a new concept in static powerconversion

A novel approach to realizing efficient high-performance power converters is presented. The concept of a resonant DC link inverter has been proposed and realized with the addition of only one small inductor and capacitor to a conventional voltage source inverter circuit. The proposed technology is capable of switching almost an order of magnitude faster than state-of-the-art voltage source inverters at significantly improved efficiencies using the same family of devices. The topology is especially suitable for high-power applications using gate turn-off devices. A 4.5 kW inverter has been fabricated and tested extensively in the laboratory, and the superior characteristics of the resonant DC link topology have been verified     

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。     

两电平和三电平逆变器的新模块化似零电压软换流电路的分析和设计

提出了一个直流负总线辅助谐振电路(NBARC)与新型直流侧谐振电路镜像对称对模块设计, 用以实现两电平和三电平逆变器的软换流.NBARC的电路拓朴减少了功率器件的数目并降低了对器件的功率额定值的要求.为两电平逆变器零电压开关设计并分析了基本NBARC谐振电路,这个电路拓朴和模块设计方法被扩展到一个谐振模块镜像对称对电路,用以钳夹直流侧电压,并实现三电平逆变器的软换流.提出软换流允许在似零电压状态下实现,并分析了残余换流电压对于逆变器开关损耗的影响.模块方法允许软开关电路被设计成标准逆变器的可选附加块,可以把传统的逆变器转变为软开关逆变器.实验结果验证了电路分析和实现.