一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器的研究

针对辅助谐振变换极型逆变器在实际应用中辅助开关管难以实现零电压关断(zero voltage switch,ZVS)这一问题,在一种改进型谐振极逆变器回路拓扑的基础上提出一种双辅助谐振极型软开关逆变器回路拓扑及调制策略。它不仅具有以前讨论过的辅助谐振极逆变器的所有优点,而且可有效避免因回路配线形态所带来的回路寄生电感和寄生电容对辅助开关管的ZVS关断所造成的影响,确保辅助开关管可靠的实现ZVS关断。在所提调制策略下,根据不同工作模式下的等效电路图,分析该逆变器的工作原理、软开关实现条件及参数设计方法。最后使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件制作一台10 k W、16 k Hz样机,通过实验验证该逆变器的有效性。

辅助谐振变换极软开关逆变器分段定时间控制方法

辅助谐振变换极(auxiliary resonant commutatedpole,ARCP)是一种重要的软开关逆变器拓扑,其辅助开关的控制方法会影响到逆变器的效率及可靠性。传统定时间控制方法虽然简单易实现,但该控制方法下,逆变器的轻载效率表现不够理想。通过对定时间控制下ARCP逆变器的电流应力及损耗分布进行详细地分析,找出提高逆变器效率的关键途径,并提出一种新的分段定时间控制方法。该控制方法在不增加控制和电路复杂度的前提下,改善了ARCP逆变器的效率。最后在一台2kW/20kHz实验样机上验证了分析结果。

一种辅助谐振变换极三相电压型PWM变流器

提出了一种新颖的辅助谐振变换极三相PWM变流器拓扑结构。该拓扑结构较传统辅助谐振变流器简单,控制方便。文章分析了PWM控制方式、零电压谐振的工作模式,并对谐振电路和谐振条件进行了数学推导。仿真研究结果表明,该变流器在单位功率因数运行的情况下,能够实现零电压开关动作。

基于辅助谐振换流的新型ZVS-PWM升压变换器

提出了一种基于辅助谐振换流的新型ZCS-PWM升压变换器,即通过采用简单的有源辅助谐振网络实现了主、辅开关管的软开关,主开关管实现了零电压零电流开通、零电压关断,开关管电流电压应力小,辅助开关管实现了零电压零电流关断、零电流开通,特别适用于以IGBT作为开关器件的高电压大功率场合。以其在Boost变换器的应用为例分析了它的工作原理、软开关实现条件,给出了谐振参数的设计方法,该软开关设计思想可以推广到其他基本的DC-DC变换器中。制作了一台使用IGBT的3 kW-16 kHz的实验样机,通过仿真和实验验证了该变换器的有效性。

带箝位辅助谐振支路的改进型变换器研究

移相控制零电压全桥变换器利用变压器漏感和开关管的寄身电容可实现开关管的零电压开关,为了抑制整流输出寄生振荡,可以在初级加入一个谐振电感和两个箝位二极管构成辅助谐振支路,本文将辅助谐振支路与变压器交换位置,使辅助支路与超前臂相连,不仅抑制了次级寄生振荡和电压过冲,使整流管和箝位二极管工作在软开关条件下,而且减小了箝位二极管上电流有效值,减小了次级占空比丢失和初级通态损耗。分析了改进后变换器的工作原理,并对改进前后的变换器进行了比较。实验结果验证了电路的正确性。

考虑谐振回路损耗的辅助谐振换流极开关损耗分析

为了精确分析辅助谐振换流极(ARCP)软开关技术对变流设备开关损耗的影响,本文在考虑了谐振回路杂散参数的基础上,对ARCP软开关技术换流过程进行详尽的分析,通过数学推导建立了更为准确的ARCP换流方程和开关损耗模型。最后通过实验验证了换流方程以及ARCP损耗模型的正确性。研究表明,尽管ARCP软开关技术能够基本消除功率器件的开关损耗,但是谐振回路带来了额外的损耗。因此ARCP软开关技术的理想模型不再适用,必须考虑各部分杂散参数对ARCP的影响,并在设计中尽量减小杂散参数,否则很难达到提高效率的目的。

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。

新型双辅助谐振极逆变器及调制策略

针对双辅助谐振极逆变器所存在的双辅助缓冲回路过于复杂和谐振过程之间相互耦合的缺点,该文提出一种新型双辅助谐振极逆变拓扑及调制策略。在保留双辅助谐振极逆变器辅助开关管实现可靠软关断等诸多优点的基础上,完成双辅助缓冲回路的简化和谐振过程的解耦,降低逆变器的成本和耦合谐振带来的系统震荡,提高逆变器的性能和实用性。开关管关断时的电压变化率和双辅助缓冲回路的电流应力可分别独立设定。双辅助缓冲回路流过的最大电流近似等于峰值负载电流,有效降低了双辅助缓冲回路的电流应力和导通损耗,从而使逆变器在全负载范围内维持高效电能变换。在所提调制策略下,根据不同工作模式下的等效电路图,分析新型双辅助谐振极逆变器的工作原理、软开关实现条件及参数设计方法。最后,使用IGBT作为开关器件制作一台10k W/16k Hz样机,通过实验验证该逆变器的有效性。

一种简洁高效的辅助谐振极逆变器

针对辅助谐振极逆变器存在的辅助换流回路结构复杂,逆变器总体效率不高的问题,提出一种简洁高效的辅助谐振极逆变器,所提逆变器的主开关管和辅助开关管公用一套谐振元件完成软开关动作,简化辅助换流回路的结构,降低主开关管的电流应力,减小辅助换流回路中无功能量转化造成的损耗和主开关管的导通损耗,使逆变器达到了简洁高效的目的。根据不同工作模式下的等效电路图,分析逆变器的工作原理,提供该逆变器的软开关实现条件以及最佳参数设计方法。最后,使用IGBT作为开关器件制作一台10kW/16kHz实验样机,实验结果验证所提逆变器具有简洁高效的特点。

一种辅助谐振变换极软开关电路在UPS中的应用

为实现UPS高频机在高开关频率工作的同时,减低功率开关器件的损耗,辅助谐振变换极软开关(auxiliary resonant commutated pole,简称ARCP)技术可作为解决措施。传统的ARCP电路能够解决主管的软开关,但同时还引入了辅管的关断损耗。因而工作在较高开关频率下系统的整机效率会下降,不能将其应用于实际产品中。本文在传统的基于半桥ARCP软开关电路的基础上,详细介绍了谐振器件设计的关键点并给出了以CPLD为控制核心的辅管驱动逻辑解决方案以解决其零点流关断。最后对某大型UPS进行软开关的软硬件改进,实验证明了应用此电路实现系统"提高频率、不降低效率"的目的。

辅助谐振变换极逆变器的中点电压稳定控制策略

辅助谐振变换极逆变器(ARCP)在高频大功率领域具有高效率和低损耗的优势。然而实际应用中,中点电压偏移问题会使ARCP软开关失败率增加。文中针对ARCP母线分压电容中点电压偏移以及中点电压偏移导致的主开关管零电压开通失败的问题,提出了一种中点电压自抗扰控制策略。分析了母线电容等效串联电阻(ESR)对中点电压和交流侧电压的影响,建立了可变时序控制模式下包含母线电容ESR的中点电压模型。在此基础上设计了中点电压自抗扰控制器,利用辅助管控制过充电调节时间,实现了三相辅助支路谐振电感电流平衡,达到了中点电压稳定、主开关管零电压开通和提高逆变器效率的目标。与PI控制模式下97.0%的逆变器效率相比,自抗扰控制模式在最大功率下可达97.5%的逆变器效率。该控制策略无需改变电路结构,易于实现。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

基于辅助谐振换流的矩阵变换器研究

对辅助谐振换流矩阵变换器的工作原理和换流问题进行研究。首先根据输入电压分区和输出电流方向,得出了辅助谐振换流矩阵变换器双向开关换流序列表。然后在此基础上,分析了基于辅助谐振换流的矩阵变换器的工作原理及软开关换流的实现过程。最后采用PSpice软件进行仿真验证。结果表明,理论分析的正确性和矩阵变换器采用辅助谐振换流的可行性。

原边带箝位辅助谐振支路的移相全桥变换器

移相全桥零电压变换器是中大功率直流变换的理想拓扑结构,但在其输出整流二极管反向恢复时,整流桥产生寄生振荡,二极管上存在很高的尖峰电压。本文从工作过程、损耗和效率等方面分析比较了超前型原边带箝位二极管的辅助谐振支路和滞后型原边带箝位二极管的辅助谐振支路。仿真和实验表明,超前型带箝位二极管辅助谐振支路能够更有效地抑制输出整流二极管两端的电压振荡,提高效率,降低损耗。

基于相位关联有源谐振辅助换流的电磁干扰抑制

研究了一种基于辅助谐振换流极的能馈型电子负载电磁干扰抑制方法.开关管寄生电容中储存的电荷及反向恢复电荷在开关导通瞬间产生大的尖峰电流,从而产生了极宽频谱的电磁干扰.移相全桥网络经隔离变压器为辅助谐振电感充能,换流充能相位与复位相位锁定反相关联,磁化电流双向复位,实现主开关和辅助开关的零电压开通,以抑制电磁干扰.所研制的1.0 kW实验样机验证了相位关联的磁化电流双向复位在减小传导电磁干扰和辐射电磁干扰方面的有效性.与传统的升压能馈型电子负载相比,本文所提出的拓扑可以将辐射和传导EMI大约降低23 dB.

辅助二极管谐振极逆变器死区研究

辅助二极管谐振极逆变器（ADRPI）死区的形成受到很多因素的影响。在该文中，通过对软开关化逆变器死区效应的形成机理及影响因素的分析，建立了谐振极逆变器自然形成的死区时间数学模型，分析了死区时间的长短，影响死区时间的主要因素和死区效应对逆变器的影响。通过仿真和实验进行了进一步的验证，为ADRPI软开关化技术的应用奠定了基础。

一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路

随着SiC MOSFET开关频率的不断增加,逆变器桥臂串扰现象越发严重并易造成桥臂直通短路,这限制了SiC MOSFET开关频率的进一步提高。该文提出一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路,通过在栅源之间添加电容电感辅助谐振电路,能够在SiC MOSFET关断期间完成负压到零压的变化,同时不需要使用有源器件。当SiC MOSFET开通时,辅助电路让栅极电压从0.7V上升而非负压上升,相较于传统驱动电路,开关速度更快、开关损耗更低;而且同时具备抑制正向串扰和反向串扰的优点。该文分析电路的参数设置,并通过仿真和实验验证了该电路相对于传统驱动电路的优势。

基于变压器辅助换流的新型ZVS-ZCS逆变器

辅助谐振换流逆变器拓扑结构中存在着诸如由辅助换流回路损耗引起的转换效率低、由负荷电流变化引起的变辅助换流周期和稳定性差等问题,为此提出了一种基于变压器辅助换流的新型ZVS-ZCS逆变器。该新型逆变器通过引入(1-k)Vdc参与谐振、固定换流时间控制策略和辅助换流开关的保护等措施,大大提高该拓扑结构的运行性能和应用范围。文中在通过分析、仿真和实验的基础上得到了该新型ZVS-ZCS逆变器的可行性方案,并指出了其在DFACTS技术领域的应用场合。

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。

一种带辅助支路的移相全桥零电压开关变换器

介绍了传统移相全桥零电压开关变换器;设计出一种带箝位二极管和阻容元件的辅助谐振换流网络的移相全桥零电压开关变换器。该变换器是将一箝位二极管辅助支路置于后臂桥与变压器之间,既很好地实现了ZVS,还有效抑制了次级整流二极管上的寄生振荡,使次级整流二极管和箝位二极管均工作在软开关状态下,提高了整机效率。本文从工作原理出发,对电路进行了详细分析,设计出一台220V/10A样机,给出了主要实验波形,验证了该电路的正确性。

具有软开关功能的三相谐振直流环节逆变器

为实现三相逆变器节能运行,提出一种具有软开关功能的三相谐振直流环节逆变器.直流侧的辅助谐振电路将参与换流过程,使直流环节电压在桥臂上的主开关动作之前变化到零,主开关能完成零电压软切换动作,通过降低开关损耗来实现逆变器节能运行.分析了1个开关周期内的电路工作流程.实验结果显示开关器件动作时处于软切换.因此,该辅助谐振电路结构对于研发节能型三相逆变器具有参考价值.