谐振软开关技术及其在逆变电源中的应用

谐振电感Lr处于主功率传送通道上，其电阻将消耗很大一部分输入功率，造成逆变器效率降低及Lr发热。为了解决这些问题，各国学者先后推出许多改进电路，其典型电路如下：

●有源箝位谐振直流环节逆变器(ACRDCLI)

其三相电路如衅10所示。

在并联谐振直流环节电路中增加一个辅助开关SC和一个电压吸收箝位电容(电解电容)，箝位电容上的电压为(K－1)Us(K称为箝位系数，K=12～14)，这种电路能取得较好的箝位电效果。但是，箝位电容的预充电问题和DPM调制方式使它的应用受到了限制。

●准谐振PWM直流环节

准谐振直流环节逆变器的基本思路是在RDCLI电路中增加一个辅助开关，以达到控制谐振过程的目的，让谐振只发生在逆变桥开关换向的瞬间，其余的时间仍然可以采用PWM调制方式。通过控制谐振发生和终止时刻，总线上的辅助谐振网络仅仅当逆变桥需要换向的时候被触发，为逆变桥提供一个“电压凹槽”(一个很短的零电压间隔)，在这个“电压凹槽”间隔中，逆变桥开关就可以在零电压条件下换向，可达到限制Ud和降低Lr损耗的目的，以改善逆变器的特性。准谐振PWM直流环节逆变电路存在的最大问题是准谐振只发生在一个很小的脉冲范围内，而不一定

图10ACRDCLI电路

图11SRDCLI电路

能有效地与发生在极短时间间隔内的PWM控制状态相匹配。而近年来对空间矢量PWM调制方式的研究为这一问题的解决提供了一个热点话题。

关于这一部分的详细内容请参阅参考文献4。

图12SQRPWMDCLI电路

②SRDCLI电路

图11给出了一个三相负载的SRDCLI电路。它实际上是PRDCLI电路的对偶电路，在这种电路中，一个很大的电感Ls给直流母线提供了偏置电流is，一个高频的谐振环节LrCr串入主功率传送通道，它们将会产生一个具有ZCS特征的直流母线电流id。这样，在该电路中就可以使用大功率的晶闸管器件，也就是说这种电路可以应用到较大的功率水平。

在这种电路拓扑结构中，也存在着诸如过高的环节电流峰值和控制的复杂性等问题。以及与图9中PRDCLC电路中存在问题的对偶问题。同时也出现了许多改进的拓扑结构电路。图12串联准谐振PWM直流环节逆变器(SQRPWMDCLI)电路即是其中的有代表性的一个。

由于在SRDCLI电路中谐振电流的峰值有可能达到负载电流的6～7倍，所以在SQRPWMDCLI电路中使用了饱和磁芯的变压器对该峰值进行无源箝位，同时在谐振回路中增加了一个辅助开关Sr和二极管Dr，以控制谐振的发生和结束，从而使该电路能够实现PWM调制技术。

SRDCLⅠ电路的负载一定是容性的，如果负载为感性，则需要在输出端增加电容。另外，由于在SRDCLⅠ电路中的功率开关在ZCS条件下开通和关断，所以它有可能在较高的开关频率下使用诸如晶闸管大功率器件，从而使该电路在大功率／高性能的应用场合，如电机驱动方面极具吸引力。

4结语

本文系统地回顾和简要地分析了软开关技术的发展和一般原理。给出了每种拓扑结构的基本工作原理和一些主要的应用。软开关技术虽然在减小开关损耗，提高功率密度方面有很强的优越性，但也存在着许多诸如开关应力和控制复杂等缺点。这也使它的实际应用还不非常广泛。无论如何，各种各样拓扑结构的出现会在一定程度上解决许多方面的问题并克服许多缺点。还有许多方面的课题有待去探索和解决，并在不久的将来会得到更广泛的应用。