极谐振软开关过渡三相PWM逆变器研究新进展

摘要：软开关技术在DC/DC变换，单相DC/AC变换方面得到了很大的发展并获得了大量的实际应用，在三相DC/AC逆变器方面，研究人员也作了大量的工作，提出了许多的电路拓扑。本文尝试对几种最有可能实际应用于三相电机驱动的软开关逆变器电路（ARCPIZVT－PWMZCT－PWM）进行了分析和描述，给出了典型电路及有关的波形，并分析其优缺点。

关键词：软开关谐振过渡零电压零电流逆变器

Resonant Soft－ switching Transition

Three－ phase PWM Inverter

Abstract: Soft－ switching techniques have recently been developed and applied widly in the DC－ DC converter and single－ phase DC－ AC converter.While,the reserchers have done the amount of work in three－ phase DC－ AC inverter,and a substantial number of new topologies has been developed.This paper is an attempt to present some possible industrial applications of soft－ switched three－ phase inverter of motor drived,gives some circuits (ARCPI ZVT－ PWM ZCT－ PWM) and waveforms.Some of advantages and disadvantages are discussed. Keywords:Soft－ switched Resonant transition Zero voltage Zero current Inverter

1前言

　　近年来，在功率逆变器的设计中软开关技术被认为是一种先进的技术，特别是在解决开关损耗及提高开关频率方面有着非常广阔的发展前景。

1.1软开关技术逆变器拓扑结构的发展现状

　　自20世纪80年代初美国VPEC李泽元教授等人提出谐振软性开关的概念，到80年代后期美国威斯康星大学的D.M.Divan教授提出谐振直流环节逆变器和极谐振逆变器技术，近十多年来，研究人员围绕这两种基本拓扑相继提出了许多关于软开关逆变器的拓扑结构[1][2]。但从谐振能量发生的位置来看，基本上可以分为两大类：第一是谐振发生在直流母线上，通过谐振使得直流母线上的电压或电流过零点，给逆变桥提供一个零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）条件，例如谐振直流环节逆变器RDCLI[3]，有源箝位谐振直流环节逆变器ACRDCLI[4]，准谐振直流环节逆变器QRDCL[5]等等。第二是谐振发生在逆变桥桥臂的每一个有源开关两端，通过谐振使得在每个开关需要切换的时候它两端的电压或电流过零点。例如辅助谐振转换极逆变器ARCPI[6][7][8][9][10][11][12][13]，软开关过渡PWM技术逆变器ZVT－PWM和ZCT－PWM[14][15][16][2]等等。

1.2软开关技术逆变器实际应用中要解决的几个关键问题

　　（1）软开关技术的基础是由电感和电容及辅助开关组成的谐振电路来实现主功率器件换向时所需要的零电压或零电流，而谐振电路谐振时所产生的高电压应力和高电流应力，是人们所不希望看到而必须加以解决的。

　　（2）如果谐振电感处于主功率传输通道（直流母线）上，在大功率和很高的谐振频率下，势必引起感性损耗。

　　（3）辅助谐振环节的引入，以及为了解决以上两个问题而引入的其它辅助器件将使得整个电路变得复杂起来，增加了电路控制的难度。

　　（4）众所周知，脉宽调制PWM技术是变频器中一个不可或缺的控制技术，如何把谐振软开关技术和PWM技术结合起来，又是一需要解决的关键问题。

　　而解决这些问题的有效方法就是谐振过渡技术，即把谐振电感移出主功率通道，通过辅助开关控制谐振的发生和终止，使得逆变主开关在过渡的瞬间由谐振产生一个ZVS或ZCS。

　　本文将对第二类电路中的极谐振过渡逆变器进行较为详细的介绍。这部分将包括以下内容：辅助谐

摘要：软开关技术在DC/DC变换，单相DC/AC变换方面得到了很大的发展并获得了大量的实际应用，在三相DC/AC逆变器方面，研究人员也作了大量的工作，提出了许多的电路拓扑。本文尝试对几种最有可能实际应用于三相电机驱动的软开关逆变器电路（ARCPIZVT－PWMZCT－PWM）进行了分析和描述，给出了典型电路及有关的波形，并分析其优缺点。

图1ARCPI电路的基本结构及主要波形

振转换极逆变器(ARCPI），软开关过渡PWM技术逆变器（ZVT－PWM和ZCT－PWM）。

2辅助谐振转换极逆变器（ARCPI）

2.1辅助谐振转换极逆变器的基本拓扑结构

在文献6中提出的辅助谐振转换极逆变电路基本结构如图1所示。在该电路中，对应每一相，都有一个LC的谐振转换环节。谐振转换电路包括谐振电感Lr和并联在每个主开关上的谐振电容Crp/Crn，主开关为自关断器件。其工作原理如下：假设负载电感L1远大于谐振电感Lr，那么在主开关换相瞬间，负载电流可以看成是一恒流源，初始状态iO为图示方向，开关Sp处于关断，Sn处于导通，二极管Dn处于