极谐振软开关过渡三相PWM逆变器研究新进展

，省掉了两个电感元件和六个二极管，这对于减少可能产生的损耗有极大的好处，且实现起来也容易了许多。并且该电路还可以实现空间电压矢量控制。唯一的不足在于辅助电路中开关器件有点多。在文献12中对该电路的工作过程进行了详细的分析，并进行了仿真和在单相全桥电路和50kW的逆变器中进行了实验。

　　文献13从提高整个逆变器效率的角度对ARCPI电路进行了详细的讨论。该文献指出，如果谐振电流不能根据负载电流而受到控制，则逆变器的整体效率就不能得到提高。这种情况在小功率的IGBT开关中还不太明显，但在大功率应用中就需要注意。因此在该文献中提出了改进的控制模式以提高逆变器的效率，并进行了详细的分析和仿真实验。

3软开关过渡技术逆变器（ZVT－PWMZCT－PWM）

3.1零电压过渡脉宽调制（ZVT－PWM）逆变器电路

　　在文献14和文献15中，VPEC李泽元教授明确

图6ZVT－PWM逆变器电路

提出了谐振过渡概念，在该文献中介绍的ZVT－PWM逆变电路实际上也是文献6和文献7中介绍的辅助谐振转换极逆变器ARCPI的另一种改进电路，如图6所示。

　　在传统的PWM逆变器拓扑结构中，增加一个用作辅助换相的小功率级的二极管桥，图中的Sr仅仅是一个谐振辅助开关。当主功率开关需要零电压/零电流过渡换相的时候，辅助开关Sr导通，同时二极管Dfb把多余的电感能量反馈回直流侧。所有的二极管均在零电流条件下导通或关断(ZCS)，而主功率开关的过渡过程工作在零电压条件下(ZVS)。该电路的工作过程和前面文献中的ARCPI基本电路极为相似，详细描述请参阅文献14、15和文献2。ZVT－PWM这种电路可以工作在期望很高的开关频率下，另外,除了主功率开关过渡的瞬间，这种电路的工作过程和传统意义上的PWM电路完全类似。

　　文献2和文献12中指出，虽然该电路具有只用一个辅助开关、可以实现真正的PWM控制和多余能量可反馈回电压源等优点。但从这种电路的工作过程来看，还存在着以下两个缺点：

　　（1）在每相桥臂过渡时，三相必须一起谐振，缺乏单相桥臂操作的灵活性。

　　（2）谐振电流的过零时间必须精确控制，否则辅助开关的零电流关断就不能很好的实现。

　　文献15还指出，由于上述电路只用了一个辅助开关，所以当主逆变桥的三个桥臂进行同步调制时，在一个周期内，辅助开关就要被激发三次，这也可能在辅助电路中增加损耗。该文献由此提出了一种改进的空间电压矢量控制方法。并在10kW的三相电机上进行了实验，取得了理想的效果。

3.2零电流过渡脉宽调制（ZCT－PWM）逆变器电路

　　该逆变器电路实际上是一种在大功率SCR型逆变器中所使用的电流脉冲强迫换流电路（著名的McMurray逆变器电路）的改进。该电路如图7所示。谐振电感LO和谐振电容CO之间的谐振给逆变桥开关在零电流条件下的关断提供了一个冲击电流。这就使该电路中辅助开关上的电压变化峰值要比DC总线上的电压高出很多；为了在ZCS下换相,逆变桥中每个桥臂都需要两个辅助开关，两个续流二极管和一个电阻Rd；文献16中提出了一个实际的三相ZCT－PWM拓扑结构及相关波形如图8所示。该电路包含一个传统的PWM逆变器和一个与谐振元件LO和CO串联的辅助桥电路组成。辅助桥电路上的每个辅助开关为逆变桥上的各自独立的桥臂提供ZCT条件，其工作过程和图7基本相同，例如，可以通过开通辅助电路中的开关SX1，使主开关S1在ZCT条件下关断。A相上的谐振电容CO予充电至电压UCM，当SX1开通以后，谐振元件LO和CO之间的谐振使得电感电流iL0和A相上的负载电流流入辅助电路。主开关S1在零电流条件下被关断,二极管D1循环维持电感上的电流；当t=t1时，二极管D4开始导通,主开关S1仍然处于断开状态，和传统的PWM电路一样；辅助开关SX1在t1　　ZCT－PWM逆变器优点可以归纳为以下几点[16]：

　　(1)由于所有的有源开关都是在ZCS条件下开通或关断，大大缩小了有源开关和所有二极管上的电压/电流变化峰值。

　　(2)和电流脉冲强迫换相电路相比，辅助电路谐振中的循环能量将随负载电流的变化而被调整，所以电流峰值大约仅仅只有负载电流的1.1倍，而且辅助电路中的电感损耗也大大的减少。

　　(3)ZCS条件下开通或关断，对于那些关断时

图7电流脉冲强迫换相电路

图8实际的ZCT－PWM逆变器电路

图9ZCT－PWM主要响应波形

有拖尾（Long－tailed）电流的功率器件（例如IGBTGTOSCR）来说，无疑是一种较为理想的电路选择。

　　然而，ZCT－PWM逆变器电路也存在着它自己的不足之处：逆变桥上的二极管和辅助开关都不是软关断，所以关断损耗对该电路来说是一个需要解决的问题；另外辅助开关数量的增加也是该电路实际应用时需要解决的一个重要问题。

4结论

本文对