一种ZVT软开关逆变器的制作方法

本发明公开一种zvt软开关逆变器，它是属于电力电子技术中的一种软开关型逆变器，属于发电、变电或配电的。

背景技术：

1、随着人们对可持续发展的日益重视，以新能源为代表的可再生能源得到了很大的发展。而逆变器作dc/ac电能转化装置在分布式发电系统及不间断电源系统中起着十分关键的作用。近年来，随着逆变器拓扑技术的不断进步，高性能的逆变器成为研究热点。高性能同时带来的高频工作所引起的开关损耗也快速增多，因此逆变器软开关化亟待解决。

2、软开关的方式可分为零谐振、准谐振、零转换（zero voltage switch，zvt）三大类。零谐振方式和准谐振方式下，在开关周期内电路完全或主要工作于谐振状态，谐振电路损耗在整个周期内存在，为实现交流输出，需要工作于变频调制方式下，滤波器设计和控制困难、电压或电流应力大。零转换方式下，电路仅在开关管开关切换的过程中工作于谐振状态，电路仍然可以工作于定频的脉宽调制模式，有利于滤波设计和控制实现，电压电流应力相对较小。但零转换技术需要增加有源器件及其控制，虽然其在直流变换器上应用较多，由于逆变器交流输出、双极性电压电流、存在无功功率等特点，逆变器难以实现零转换方式的软开关，或者能够实现零转换方式的逆变器存在新的问题：需要增添大量器件，电路结构复杂，并引入较多新的损耗源，抵消了软开关带来的损耗降低作用，甚至损耗更大；工作模态复杂，造成控制实现难度很大，软开关控制和逆变器输出稳压或稳流控制交织，难以清晰划分，制约了实际应用。当前，亟需一种电路结构和控制相对复杂度较低，又能实现零转换方式软开关且整体损耗降低的逆变器。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供一种zvt软开关逆变器，控制方式较为简单，通过添加辅助谐振支路为电路中的所有高频功率开关管提供软开关条件，解决目前实现零转换方式的逆变器电路结构和控制复杂的技术问题，简单高效地实现逆变器zvt的发明目的。

2、本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

3、一种zvt软开关逆变器，包括：输入电源模块、第一低频换极桥臂、第二低频换极桥臂、高频斩波主开关管、第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络、第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络以及电路滤波与输出回路；输入电源模块用于提供直流电压；第一低频换极桥臂用于实现单电源双极性逆变，第一低频换极桥臂的正极性输入端连接输入电源模块正极，第一低频换极桥臂的负极性输入端连接输入电源模块负极；第二低频换极桥臂用于实现单电源双极性逆变，第二低频换极桥臂的正极性输入端连接输入电源模块正极，第二低频换极桥臂的负极性输入端连接输入电源模块负极，第二低频换极桥臂的桥臂中点接地；高频斩波主开关管的输入端连接第一低频换极桥臂的中点，用于对第一低频换极桥臂输出的交流电进行spwm调制后输出高频方波；第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络用于续流高频方波信号，第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络的输入端连接高频斩波主开关管输出端，第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络的输出端连接输入电源模块负极；第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络用于续流高频方波信号，第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络的输入端连接输入电源模块正极，第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络的输出端连接高频斩波主开关管输出端；电路滤波与输出回路用于对高频斩波主开关管输出的高频方波滤波，输出交流正弦波，电路滤波与输出回路的正端连接高频斩波主开关管输出端，电路滤波与输出回路的负端与第二低频换极桥臂中点共同接地。

4、作为一种zvt软开关逆变器的进一步优化方案，第一低频换极桥臂包括：第三功率开关管以及第四功率开关管；第三功率开关管的漏极作为第一低频换极桥臂的正极性输入端；第四功率开关管的漏极与所述第三功率开关管源极相连接作为第一低频换极桥臂的中点，第四功率开关管的源极作为第一低频换极桥臂的负极性输入端。

5、作为一种zvt软开关逆变器的再进一步优化方案，第二低频换极桥臂包括：第一功率开关管以及第二功率开关管；第一功率开关管的漏极作为第二低频换极桥臂的正极性输入端；第二功率开关管的漏极与第一功率开关管源极相连接作为第二低频换极桥臂的中点，第二功率开关管的源极作为第二低频换极桥臂的负极性输入端 。

6、作为一种zvt软开关逆变器的再进一步优化方案，高频斩波主开关管包括：第五功率开关管以及第六功率开关管；第五功率开关管的漏极作为高频斩波主开关管输入端；第六功率开关管的源极连接第五功率开关管源极，第六功率开关管的漏极作为高频斩波主开关管输出端。

7、作为一种zvt软开关逆变器的再进一步优化方案，第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络包括：第七功率开关管、第一谐振电容以及第一谐振电感；第七功率开关管的漏极作为第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络输入端，第七功率开关管的漏极源极作为第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络输出端；第一谐振电容的一极连接第七功率开关管漏极；第一谐振电感的一端连接所述第一谐振电容另一极，第一谐振电感的另一端连接第七功率开关管源极。

8、作为一种zvt软开关逆变器的再进一步优化方案，第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络包括：第八功率开关管、第二谐振电容以及第二谐振电感；第八功率开关管的漏极作为第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络输入端，第八功率开关管的源极作为第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络输出端；第二谐振电容的一极连接第八功率开关管漏极；第二谐振电感的一端连接所述第二谐振电容另一极，第二谐振电感的另一端连接第八功率开关管源极。

9、作为一种zvt软开关逆变器的再进一步优化方案，电路滤波与输出回路包括：滤波电感以及滤波电容；

10、滤波电感的一端作为电路滤波与输出回路正端连接第二低频换极桥臂中点；及，滤波电容的正极连接所述滤波电感另一端，滤波电容的负极接地，滤波电容的两极板形成逆变器的输出端。

11、作为一种zvt软开关逆变器的再进一步优化方案，第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管中的每一个功率开关管，漏极和源极之间并联有结电容，且漏极和源极之间反向并联有体二极管。

12、本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

13、（1）本发明所提zvt软开关逆变器，通过在辅助高频功率开关管上增加谐振网络为所有开关管提供软开通和软关断的硬件电路条件，且新增辅助谐振电路结构简单，所需无源器件很少。

14、（2）对于本发明所提zvt软开关逆变器电路拓扑，采用spwm控制，通过谐振电感和谐振电容之间的能量传递，能够实现辅助功率开关管和主电路高频功率开关管的软开关，实现所有高频开关管的软开关，减少器件损耗，相较于目前实现零转换方式的逆变器电路结构的控制策略具有控制方式较简单的技术优势，同时电感电流从开关管续流，无桥臂直通问题。

技术特征：

1.一种zvt软开关逆变器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种zvt软开关逆变器，其特征在于，所述第一低频换极桥臂包括：

3.根据权利要求2所述一种zvt软开关逆变器，其特征在于，所述第二低频换极桥臂包括：

4.根据权利要求3所述一种zvt软开关逆变器，其特征在于，所述高频斩波主开关管包括：

5.根据权利要求4所述一种zvt软开关逆变器，其特征在于，所述第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络包括：

6.根据权利要求5所述一种zvt软开关逆变器，其特征在于，所述第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络包括：

7.根据权利要求6所述一种zvt软开关逆变器，其特征在于，所述电路滤波与输出回路包括：

8.根据权利要求7所述一种zvt软开关逆变器，其特征在于，所述第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管中的每一个功率开关管，漏极和源极之间并联有结电容，且漏极和源极之间反向并联有体二极管。

技术总结本发明公开一种ZVT软开关逆变器，属于发电、变电或配电的技术领域。该逆变器包括：输入电源模块、第一低频换极桥臂、第二低频换极桥臂、高频斩波主开关管、第一高频辅助续流开关管及其并联谐振网络、第二高频辅助续流开关管及其并联谐振网络、电路滤波与输出回路。该逆变器通过在辅助高频功率开关管上增加谐振网络来实现开关管的软开通和软关断。采用这种设计，通过谐振电感和谐振电容之间的能量传递，能够实现辅助功率开关管和主电路高频功率开关管的软开关。本发明的有益效果是：采用SPWM控制，控制方式较简单；电感电流从开关管续流，避免了桥臂直通；实现所有高频功率开关管的软开关，减少器件损耗；电路结构简单，所需辅助元器件少。技术研发人员：俞杭冬,唐海涛,李磊,丁松,白浩,谷圣晴受保护的技术使用者：南京杰芯源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29