400Hz软开关逆变器的研究

本文以单向电压源高频链逆变技术为基础设计了一种由直流变换环节和逆变环节两级级联组成的软开关1kVA／115V／400Hz单相正弦波逆变器。前级DC／DC直流变换环节采用双管正激电路,应用零电压转换谐振技术实现软开关;后级DC／AC逆变环节采用全桥电路,应用高频脉冲直流环节逆变技术实现软开关,克服了依靠辅助谐振网络实现软开关结构复杂、控制难度大的缺陷。最后在空载、阻性负载条件下对研制的小功率逆变器样机进行了实验。实验结果表明该逆变器两级变换环节基本上实现了开关器件的零电压开关,输出电压稳定,输出波形质量较高。     

耦合电感辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出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。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的变化范围取决于谐振电流设定值和谐振参数。依据不同工作模式下的等效电路图,分析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,讨论谐振参数对辅助电路损耗的影响。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。     

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。     

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.     

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。     

新型零电流开关谐振极型逆变器

为提高逆变器转换效率和减小谐振电路损耗,提出一种开关器件具有零电流软切换功能的谐振极型逆变器。其各相谐振电路只有2个辅助开关、1个谐振电感,以及1个谐振电容,结构简单,控制方便。通过电感与电容的谐振,当通过开关器件的电流为零时,关断逆变器开关器件,使逆变器的开关器件完成零电流关断。基于各工作阶段的等效工作电路,分析了电路工作过程,得到了开关器件完成软切换的条件和设计参数的具体步骤,研制了额定功率为1k W的单相逆变器。实验结果说明逆变器的开关器件都完成了软切换动作,改善了逆变器的效率。     

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。     

高频并联谐振直流环节软开关逆变器

针对硬开关逆变器运行在高开关频率时,开关损耗较大,不利于效率提高的问题,提出一种适用于高开关频率的并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。该拓扑结构的辅助谐振电路相对简单,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,而且分压电容没有串联在逆变器的直流母线之间,因此该逆变器没有中性点电位的变化问题。依据不同工作模式下的等效电路,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,并制作了一个5 kW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,该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

应用于高功率领域的改进型谐振直流环节逆变器

为减小位于逆变器直流环节的辅助谐振电路的损耗,提出一种新型的辅助电路与直流母线并联的谐振直流环节软开关逆变器,其直流母线上没串联辅助开关器件和谐振元件,而且辅助谐振电路中只有1个储能电容,无中性点电位的变化问题。依据不同工作模式下的等效电路图,分析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,讨论谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作1台5 k W的实验样机,实验结果表明逆变器的工作过程符合原理分析,能实现软开关功能,而且相比于同类型软开关逆变器,效率得到了进一步提高。因为该软开关逆变器的辅助电路与直流母线并联,辅助电路损耗相对较低,所以有利于在高功率领域提高逆变器效率。     

具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器

为了降低三电平逆变器在高开关频率下的开关损耗,提高其效率,提出一种具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器的拓扑结构,通过在三电平硬开关逆变器的直流环节设置对称辅助谐振电路,利用辅助电路的谐振将直流母线之间谐振电容的端电压周期性下降到零,使三电平逆变器的主开关在直流母线之间的谐振电容端电压为零时完成切换,以实现零电压开关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,详细分析该软开关逆变器的工作过程。制作3?kW的谐振直流环节三相三电平软开关逆变器的样机,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切换,效率相比于三电平硬开关逆变器有明显提高。因此所提出的拓扑结构可有效降低三电平逆变器的开关损耗,具有工程实用性。     

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     

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。     

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。     

高频高压开关电源的设计和仿真

针对高压直流电源存在的一些问题,设计了一种基于串并联谐振软开关高频逆变的高压大功率的直流电源.主要从主电路结构、变换器的选择及其等效电路分析等方面给出了电源的设计过程.利用MATLAB/simulink对逆变器的谐振过程进行了仿真验证,得出了仿真结果.并进行了相应分析.仿真结果表明,串并联谐振变换器具有很好的电流源特性...     

零电压持续时间不依赖于负载电流的谐振直流环节逆变器

为改善逆变器的效率和性能,提出一种具有谐振直流环节的新型零电压软开关逆变器。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零电压软开关动作。其辅助谐振单元中,只有2个辅助开关器件,控制相对简单,零电压持续时间不依赖于负载条件,而且电路中避免了使用大电容,没有中性点电位的变化问题。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软开关的实现条件。制作一个10 kW的实验样机,通过实验结果验证了该软开关逆变器的有效性。     

一种新型直流环节并联谐振软开关逆变器

电力电子装置开关频率的提高带来了开关损耗与器件损坏问题、感性关断和电磁干扰等一系列新问题。有效克服这些缺陷的方法是采用谐振软开关技术,然而,传统的直流环节谐振型逆变器存在两个明显的缺点：开关器件的电压应力大;电压过零点与逆变器开关策略难以同步,使逆变器输出有大量次谐波。该文提出一种新型的直流环节并联谐振软开关技术,重点分析了此种软开关逆变器的拓扑结构、工作原理和特点,并通过实验验证了其原理和可行性。     

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     

Feasible development of soft-switched SIT inverter withload-adaptive frequency-tracking control scheme for induction heating

This paper describes the latest feasible developments of a voltage-source-type series-capacitor-commutated load-resonant high-frequency bridge inverter using static induction transistors (SITs) for industrial induction-heating and melting applications. A load-adaptive variable-frequency tuned controller, composed of a phase-locked loop integrated circuit (PLLIC) device, a pulse amplitude modulation (PAM) power controller employing a phase-controlled AC/DC converter, and protective control schemes for overvoltage and/or overcurrent generation, is also demonstrated for this series resonant inverter. In addition to these, a short-circuit test of a high-power SIT incorporated into the bridge leg high-frequency series resonant inverter is carried out from a practical point of view and evaluated, in order to obtain important design data considering reliable switching characteristics of large-capacity SITs and to realize cost-effective protective circuits for SITs