双极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器研究

提出并深入研究了高频脉冲交流环节逆变器电路拓扑族及其双极性移相控制策略。借助周波变换器换流重叠和输出滤波电感电流极性选择，该双极性移相控制策略实现了变压器漏感能量和滤波电感电流的自然换流，解决了这类逆变器固有的电压过冲和换流重叠期间周波变换器的环流现象，实现了逆变桥功率器件的零电压开关和周波变换器功率器件的零电流开关。仿真与原理试验结果均证实了这种双极性移相控制策略的可行性和理论分析的正确性。     

ZVZCS双极性高频环节逆变器的分析研究

本文提出并分析研究了ZVZCS双极性高频环节逆变器的控制策略及工作原理。采用双载波双极性移相控制，并借助输出滤波电感电流极性选择，该逆变器解决了高频环节逆变器固有的电压过冲问题，以及换流重叠期间周波变换器的环流现象，实现了逆变桥功率器件的ZVS开关和周波变换器功率器件的ZCS开关，输出滤波电感前端得到的是双极性SPWM电压波。仿真与试验结果证实了这种逆变器的可行性。     

双极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了一类双极性移相控制电压源高频交流环节AC／AC交换器，以半桥全波式电路拓扑为例，深入研究了这类变换器的稳态工作原理，获得了变换器功率器件实现软开关的设计准则。借助输出周波变换器换流重叠、输入电网电压极性选择和输出滤波电感电流极性选择，实现了变压器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流，解决了周波变换器固有的电压过冲和环流问题，实现了输入周波变换器功率器件的ZVS开关和输出周波变换器功率器件的ZCS开关，为获得新型正弦交流稳压器和电子变压器奠定了关键技术基础。仿真与原理试验结果均证实了这类变换器的正确性与先进性。     

单极性移相控制双向电压源高频环节逆变器

分析研究了双向电压源高频环节逆变器电路拓扑、单极性移相控制策略、高频变压器绕组端电压波形．以及一个开关周期内的开关过程等关键问题;获得了共同导通时间、单极性SPWM波占空比、周波变换器换流重叠时间、高频变压器匝比、滤波电感电流、输出滤波电感和输出滤波电容等关键电路参数的设计准则。原理试验结果表明,这类逆变器具有电路拓扑简洁,两级功率变换（DC/HFAC/LFAC）,双向功率流,周波变换器实现了ZVS换流．以及单极性SPWM波等优点。     

单相高频链逆变器的一种软换流实现策略

单相高频链逆变器电路结构由高频逆变器、高频变压器及周波变换器构成,能实现能量双向流动及隔离功率变换,从而被广泛研究。基于全桥全波式电路拓扑提出一种解结耦单极性移相控制策略,在不增添电路结构复杂性的前提下,无需借助功率管的重叠换流,即可实现周波变换器中所有功率管的零电压开关(ZVS)、变压器漏感中能量的回馈及滤波电感电流的自然换流。实验结果验证了该方法的可行性与有效性。     

双向电压源高频逆变器的单极性移相控制策略

对于双向电压源高频逆变器的控制问题,提出了一种新型的单极性移相控制策略,即采用单极性单调制波的控制,高频变压器直流偏磁受到抑制,磁芯利用率高。阐述了全桥全波式高频逆变器主电路拓扑的工作原理,应用该策略可以实现变压器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流,周波变换器功率开关的ZVS工作。详细分析了逆变器在一个高频开关周期内的10个工作模态电路,讨论了关键电路参数的设计原则。进行了MTLAB仿真分析,其结果表明,该控制策略实现了功率双向流动,变换效率高,周波变换器实现了ZVS换流,输出正弦电压波的正负对称性好,且易于工程实现。     

单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器研究

高频脉冲交流环节逆变器电路结构由高频逆变器、高频变压器、周波变换器构成。在不增加电路拓扑复杂性的前提下，如何解决高频脉冲交流环节逆变器固有的电压过冲现象和实现周波变换器的软换流，是这类逆变器的研究重点。单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器能够将输入直流电压先调制成双极性三态的电压波，然后再解调成单极性SPWM波，经输出滤波后得到正弦电压。周波变换器功率开关是在前极输出的双极性三态的电压波为零期间进行开关转换，从而实现了ZVS换流。该文深入分析研究了高频脉冲交流环节逆变器稳态原理特性与单极性移相控制策略。采用状态空间平均法建立了逆变器平均模型，获得了输出电压、滤波电感电流、共同导通时间、单极性SPWM波占空比等关键电路参数的设计准则和逆变器的外特性曲线。设计并研制了1kVA 270VDC/115V400HzAC原理样机，试验结果证实了理论分析的正确性。这类逆变器具有电路拓扑简洁、两级功率变换(DC/HFAC/LFAC)、双向功率流、周波变换器实现了ZVS换流、单极性SPWM波、输出电压波形质量高、负载能力强等优点，包括全桥全波式、全桥桥式两种电路，前者适用于低压输出逆变场合，后者适用于高压输出逆变场合。     

单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究

该文首次提出并深入研究了基于正激Forward变换器的单极性移相控制电压源高频交流环节AC／AC变换器。这类变换器由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器、以及输入、输出滤波器构成。输入周波变换器将输入不稳定劣质的交流电压调制成双极性三态的高频交流电压，输出周波变换器将此高频交流电压解调成单极性三态SPWM波，经输出滤波后得到稳定优质的正弦交流电压。通过输入周波变换器右桥臂相对左桥臂的移相，让输出周波变换器功率开关在输入周波变换器输出的高频交流电压为零期间进行换流，并借助输出周波变换器换流重叠和输入电压极性选择，从而实现了变压器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流、输出周波变换器的ZVS开关。详细分析了这类变换器在1个高频开关周期内的12个工作模式及其等效电路，获得了变换器外特性曲线与关键电路参数设计准则。原理试验结果证实了这类变换器新概念，为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器奠定了基础。     

基于有源钳位的高效单级开关功率放大器

在传统双极性移相调制(bipolar phase shift modulation,BPSM)半桥高频链逆变电路基础上,引入二极管–钳位电容电路和有源钳位桥(active clamping bridge,ACB)电路实现辅助换流,提出了一种双极性移相调制半桥单级开关功率放大器(single-stage switching amplifier,SSA)电路,称之为BPSM ACB-SSA电路。在周波变换器换流期间,滤波电感电流通过续流二极管续流,钳位电容吸收滤波电感能量,并通过ACB电路送回电源端。通过钳位电路实现了周波变换器开关管的零电压开关(zero voltage switching,ZVS),并实现了变压器副边电压钳位。通过优化参数设计,可以实现原边逆变桥与ACB电路的ZVS。与传统两级D类功率放大器相比,BPSM ACB-SSA电路具有更高的效率和更小的体积。详细分析了BPSM ACB-SSA电路工作原理及换流特性,给出了软开关的条件,并设计了一台峰值功率120W的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

单相高频链逆变器的解结耦单极性移相调制及其死区优化

单相高频链逆变拓扑由高频变压器、一次侧高频逆变器、二次侧矩阵/周波变换器和输出滤波器构成,既有隔离型功率变换及能量双向流动的优点,也有双向开关换流控制难度高的缺点。针对此拓扑提出一种解结耦单极性移相调制策略,能够无需借助辅助电路与功率管的重叠换流技术,即可实现周波变换器中所有功率管的零电压开关(ZVS)自然换流及滤波电感无过电压冲击自然续流。在此基础上,研究了一种优化死区设置方法,有效地改善了单极性移相调制策略存在的输出电压过零点邻域畸变问题,弥补了死区效应所导致的输入电压利用率低以及输出电压谐波含量大的缺点。理论分析、仿真及实验验证了所提解结耦单极性移相调制策略及优化死区设置方法的可行性和有效性。     

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     

单极性移相控制高频脉冲交流环节逆变器研究

本文深入分析研究了高频脉冲交流环节逆变器稳态原理特性与单极性移相控制策略。采用状态空间平均法建立了逆变器平均模型,获得了输出电压、滤波电感电流、共同导通时间、单极性SPWM波占空比等关键电路参数的设计准则和逆变器的外特性曲线。原理试验结果证实了理论分析的正确性。这类逆变器具有电路拓扑简洁、两级功率变换(DC/HFAC/KFAC)、双向功率流、周波变换器实现了ZVS换流、单极性SPWM波等优点,包括全桥全波式、全桥桥式两种电路,前者适用于低压输出逆变场合,后者适用于高压输出逆变场合。     

单相高频链正弦波逆变器的一种新拓扑

高频变压器一次侧H桥高频逆变产生MSPWM(Modified SPWM)脉冲波,MSPWM含有SPWM所有信息,但不含调制波的低频分量。二次侧采用倍流同步式周波变换器(CDSC)将其解调为常规的SPWM脉冲波,然后滤波得到需要的正弦波输出。这种全桥\CDSC结构,其特性不同于已有拓扑族中的任何一种。可以方便地实现双向开关、滤波电感的安全换流。无需依据负载电流的极性及换流重叠控制双向开关的换向。消除了该类变换器中固有的电压、电流过冲。拓扑结构简单,硬件投资少。文中分析了MSPWM脉冲波及CDSC输出的频谱特性,详细解析了新拓扑的工作模式。仿真和实验证实了理论分析的正确性及新拓扑的可行性。     

A ZVS‐ZCS phase shift full bridge DC‐DC converter with secondary‐side control for battery charging applications

The output power requirement of battery charging circuits can vary in a wide range, hence making the use of conventional phase shift full bridge DC‐DC converters infeasible because of poor light load efficiency. In this paper, a new ZVS‐ZCS phase shift full bridge topology with secondary‐side active control has been presented for battery charging applications. The proposed circuit uses 2 extra switches in series with the secondary‐side rectifier diodes, operating with phase shift PWM. With the assistance of transformer's magnetizing inductance, the proposed converter maintains zero voltage switching (ZVS) of the primary‐side switches over the entire load range. The secondary‐side switches regulate the output voltage/current and perform zero current switching (ZCS) independent of the amount of load current. The proposed converter exhibits a significantly better light load efficiency as compared with the conventional phase shift full bridge DC‐DC converter. The performance of the proposed converter has been analyzed on a 1‐kW hardware prototype, and experimental results have been included.     

High-frequency link DC/AC converter with suppressed voltage clampcircuits-naturally commutated phase angle control with self turn-offdevices

High-frequency (HF) link circuit topology is advantageous in realizing compact and light-weight power converters for UPS systems, new energy systems, etc. Among its several circuit configurations, the so called “cycloconverter type” DC/AC converter has its inherent merit of bidirectional power flow and fewer power conversion stages. But, without an additional voltage clamp circuit, a voltage surge occurs at the moment of PWM switching of the cycloconverter due to the stored energy in the leakage inductance at the HF transformer. In this paper, a new approach which adopts only natural-commutation phase angle control for the cycloconverter stage instead of PWM is proposed to remove such voltage clamp circuits. Experimental results of the prototype system which include the application as an AC active filter are also shown     

一种全桥单向高频链逆变器

研究了一种全桥单向高频链逆变器。这种逆变器与周波变换器的区别在于它在高频变压器的次级设置了一个电解电容,用于提供接感性或容性负载时所需的无功能量,同时也可吸收变压器的漏感能量。通过对功率管开关时序的控制,可以实现部分功率管的软开关运行。电路具有结构和控制方法简单、体积小、噪音小、转换效率高等优点。仿真和实验结果证明了所提出的电路的正确性。     

数字化软开关高频开关电源模块设计

采用DSP芯片TMS320F2812设计了基于数字化软开关技术的适用于电力系统用高频开关电源模块,选择了一种在其滞后桥臂串联二极管的移相全桥零电压零电流（ZVZCS）变换器电路,在宽负载条件下可实现超前臂零电压（ZVS）开关和滞后臂零电流（ZCS）开关;分析了该变换器的工作原理,并通过实验样机进行了验证。