專利名稱：軟開關(guān)諧振式dc-ac逆變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有雙向能量傳輸能力的DC-AC逆變電路，特別 是一種具有雙向能量傳輸能力的軟開關(guān)諧振式DC-AC逆變電路。
背景技術(shù)：
在逆變技術(shù)中，以具有雙向能量傳輸能力的高性能逆變電路最具有應(yīng) 用價(jià)值。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)市場(chǎng)影響深遠(yuǎn)，應(yīng)用最為廣泛的具有雙向能量 傳輸能力的DC-AC逆變電路，有如附圖l所示，它包括
一個(gè)由四只電子開關(guān)管(TV 、 TV 、 T5' 、 TV )組成的逆變橋，每 只電子開關(guān)管都有一只二極管與之相并聯(lián)；
一個(gè)由一只電感L'和一只電容C'串聯(lián)組成的串聯(lián)支路；
一個(gè)由兩只電子開關(guān)管(TV 、 T2')串聯(lián)組成的串聯(lián)支路，每只電子 開關(guān)管都有一只二極管與之相并聯(lián)；
由四只電子開關(guān)管(T3' 、 TV 、 TV 、 TV )組成的逆變橋與由一只 電感L'和一只電容C'組成的串聯(lián)支路的電容C'相并聯(lián)，由一只電感L' 和一只電容C'組成的串聯(lián)支路的電感端與由兩只電子開關(guān)管(TV 、T2') 組成的串聯(lián)支路的中點(diǎn)相連、電容端與由兩只電子開關(guān)管(TV 、 T2')組 成的串聯(lián)支路的下管端相連，以四只電子開關(guān)管(TV 、 T/ 、 TV 、 TV ) 組成的逆變橋的輸出端作輸出端；以兩只電子開關(guān)管(TV 、 TV )組成的 串聯(lián)支路的上、下管端分別作直流電源Vh的正極(+ )、負(fù)極(一)輸入端。
圖中，、 D2， 、 D3， 、 D4， 、 D5， 、 D6，分別是與電子開關(guān)管T/ 、 T2， 、 T3， 、 T4， 、 TV 、 T6，并聯(lián)的二極管，ZL,是負(fù)載。
正向傳輸能量(即由輸入端向輸出端)時(shí)，電子開關(guān)管T/關(guān)閉，TV 在低頻正弦波調(diào)制下以PWM方式工作TV導(dǎo)通時(shí)，直流電源Vin通過T/ 、 L'為C'充電，而在TV關(guān)斷后，L'中的電流在L'上形成回掃電壓，使 D2，導(dǎo)通，形成續(xù)流回路L' —C， 一D2， 一L，，由L'上的儲(chǔ)能繼續(xù)為C'供電；同時(shí)，于輸出電壓的正半周，電子開關(guān)管V 、 TV關(guān)閉，T5' 、 T6' 導(dǎo)通，于輸出電壓的負(fù)半周，電子開關(guān)管V 、 V關(guān)閉，TV 、 T4'導(dǎo)通， 通過電容C'輪流經(jīng)Ts， 、 T6，或TV 、 T4，向負(fù)載ZJ供電，負(fù)載ZL，即 獲得正弦交變的電壓，即交流電，就完成了DC-AC的逆變工作。
當(dāng)負(fù)載帶感性或容性時(shí)，在輸出電壓改變極性(即電壓過零點(diǎn))前、 后一個(gè)相反相位寬度內(nèi)，使TV 、 TV 、 T/ 、 T5' 、 TV處于關(guān)斷狀態(tài)， 負(fù)載無(wú)功能量將通過D3' 、 D4' 、 D5' 、 D6'組成的全橋整流電路整流后儲(chǔ) 存于C'，屆時(shí)，電子開關(guān)管T2'在低頻正弦波調(diào)制下以PWM方式工作T2' 導(dǎo)通時(shí)，電路中形成由C' —L' —V —C'這樣的電流回路，為L(zhǎng)'儲(chǔ)能， 當(dāng)T/關(guān)斷后，L，中的電流在L'上形成回掃電壓，使D/導(dǎo)通，形成由 L， 一D/ —直流電源Vh—C' —1/這樣的續(xù)流回路，將儲(chǔ)存于1/上的電 能送至直流電源Vi。，從而以Boost電路的形式，完成從輸出側(cè)向直流電源
側(cè)的無(wú)功能量回輸。
顯然，這樣的逆變電路無(wú)論是工作在正向輸能的Buck模式下，還是工 作在反向回能的Boost模式時(shí)，其承擔(dān)高頻功率變換的電子開關(guān)管都是以 硬開關(guān)方式工作的，由于硬開關(guān)工作損耗大，轉(zhuǎn)換效率低，電路元器件電 流、電壓應(yīng)力很高，導(dǎo)致電路可靠性低下，尤其是硬開關(guān)形成的較大電磁 干擾，嚴(yán)重影響自身控制和周遍電子設(shè)備的工作安全。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有的具有雙向能量傳輸 能力的DC-AC逆變電路承擔(dān)高頻功率變換的電子開關(guān)管都以硬開關(guān)方式工 作的不足，而提供一種承擔(dān)高頻功率變換的電子開關(guān)管都以軟開關(guān)方式工 作的具有雙向能量傳輸能力的軟開關(guān)諧振式DC-AC逆變電路。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種承擔(dān)高頻功率 變換的電子開關(guān)管都以軟開關(guān)方式工作的具有雙向能量傳輸能力的軟開關(guān) 諧振式DC-AC逆變電路，它包括
一個(gè)由四只電子開關(guān)管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋，每只電子開 關(guān)管都有一只二極管和一只邊緣諧振電容與之相并聯(lián)；
4一個(gè)由一只電感L與兩只等值電容(Ch、 Crf)串聯(lián)組成的串聯(lián)支路中 點(diǎn)相連組成的諧振電路；
一個(gè)由兩只電子開關(guān)管(T,、 T2)串聯(lián)組成的串聯(lián)支路，每只電子開關(guān) 管都有一只二極管和一只邊緣諧振電容與之相并聯(lián)；
由四只電子開關(guān)管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋與由兩只電子開關(guān) 管(L、 T2)組成的串聯(lián)支路相并聯(lián)，由一只電感Lr和兩只等值電容(Crl、 Cr2)組成的諧振電路的電感端與由兩只電子開關(guān)管(T,、 T2)組成的串聯(lián)支 路的中點(diǎn)相連、兩電容端分別與由四只電子開關(guān)管(T3、 T4、 T5、 T6)組成 的逆變橋的兩輸出端相連，以四只電子開關(guān)管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆 變橋的輸出端作輸出端；以兩只電子開關(guān)管(L、 T2)組成的串聯(lián)支路的上、 下管端分別作直流電源Vh的正極(+ )、負(fù)極(一)輸入端。
參見附圖2:
圖中，Di、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6分別是與電子開關(guān)管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 Te并聯(lián)的二極管，可以是獨(dú)立的；也可以分別是電子開關(guān)管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 L寄生的。d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Ce分別是與電子開關(guān)管L、 T2、 T3、 T4、
T5、 Te并聯(lián)的邊緣諧振電容。
在正向輸出能量(即由輸入端向輸出端)時(shí)，于輸出電壓的正半周， 電子開關(guān)管T3、 L關(guān)斷，由Ts、 Te和L、 T2與由一只電感Lr和兩只等值電容 (Crl、 Cr2)組成的諧振電路完成逆變工作在高頻調(diào)制信號(hào)的正半周，T5、 L導(dǎo)通，直流電源Vi。通過Ts、 Crl、 L、 T2形成通路，為Cn正向充電，經(jīng)過 一段時(shí)間后，L在C2的保護(hù)下實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，T2關(guān)斷后，L中的電流在 Lr上形成回掃電壓，使"導(dǎo)通，形成續(xù)流回路Di—T5—Crl—L，由Lr上 的儲(chǔ)能繼續(xù)為"充電，此時(shí)令L在零電壓下開通，在續(xù)流接近零點(diǎn)前，令 T5在Cs保護(hù)下零電壓關(guān)斷，Ts關(guān)斷后瞬間，L中的殘余電流所形成的回掃電
壓經(jīng)Cr2使De導(dǎo)通，形成殘流回路Lr —L —直流電源Vin —D6 —Cr2 —Lr，此時(shí)
令T6在零電壓下開通，當(dāng)這股殘余電流歸零時(shí)，高頻調(diào)制信號(hào)正半周結(jié)束； 隨后，直流電源Vin就會(huì)通過L—L—Cr2—Te形成新的通路，給"正向充電， 就進(jìn)入了高頻調(diào)制信號(hào)負(fù)半周工作，經(jīng)過一段時(shí)間后，L在d的保護(hù)下實(shí)
現(xiàn)零電壓關(guān)斷，T,關(guān)斷后，Lr中的電流在L上形成回掃電壓，使D2導(dǎo)通，形成續(xù)流回路U—Cr2—T6—D2—L，由L上的儲(chǔ)能繼續(xù)為Cr2充電，此時(shí)令T2
在零電壓下開通，在續(xù)流接近零點(diǎn)前，令Te在C6保護(hù)下零電壓關(guān)斷，Te關(guān)
斷后瞬間，L中的殘余電流所形成的回掃電壓經(jīng)Cn使D5導(dǎo)通，形成殘流回
路Lr —Crl —D5 —直流電源Vin —T2 —Lr，此時(shí)令T5在零電壓下開通，當(dāng)這股殘
余電流歸零時(shí)，高頻調(diào)制信號(hào)負(fù)半周結(jié)束；隨后，電路就又開始了高頻調(diào)
制信號(hào)正半周的工作，轉(zhuǎn)而給"正向充電，……，周而復(fù)始，進(jìn)行著輸出
電壓正半周的高頻轉(zhuǎn)換工作，Cn和C^上被充入的正向高頻電壓相加后輸出
給負(fù)載z,。
在上述高頻調(diào)制信號(hào)的正負(fù)半周內(nèi)，由于直流電源Vin供電時(shí)間的長(zhǎng)短
受低頻基準(zhǔn)信號(hào)調(diào)制，所以電路輸出給負(fù)載z,的電壓波形和基準(zhǔn)信號(hào)相同。
而在輸出電壓的負(fù)半周，則是電子開關(guān)管T5、 Te關(guān)斷，轉(zhuǎn)而由T3、 T4 和L、 T2與由一只電感L和兩只等值電容(Cn、 Cr2)組成的諧振電路一起 工作，以上述輸出電壓正半周相同的工作方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而在負(fù)載厶上 獲得極性相反的輸出電壓。
當(dāng)負(fù)載L為感性或者容性負(fù)載時(shí)，負(fù)載^上的無(wú)功能量會(huì)儲(chǔ)存于Crl 和C^上，電路會(huì)以軟開關(guān)的工作方式將其轉(zhuǎn)換到直流電源側(cè)，屆時(shí)，關(guān)斷 T3、 T4、 T5、 T6，此時(shí)電路的工作原理如附圖3:
當(dāng)負(fù)載ZL上的無(wú)功能量電壓為左正右負(fù)時(shí)，D3、 D4自然截止，在高頻調(diào) 制信號(hào)的正半周，T2關(guān)斷，Ti開通，Cn通過D5、 T\、 L放電，Ti的導(dǎo)通時(shí)間
寬度受負(fù)載電壓與基準(zhǔn)電壓的瞬時(shí)誤差調(diào)制，當(dāng)達(dá)到所需的時(shí)間寬度后， L在d的保護(hù)下零電壓關(guān)斷，屆時(shí)，L中的電流在Lr上形成回掃電壓，使
D2導(dǎo)通，形成續(xù)流回路L —Crl —D5 —直流電源Vh —D2 —Lr，將儲(chǔ)存于L上的 電能送至直流電源Vin，以此實(shí)現(xiàn)Cn中的能量向直流電源Vin中轉(zhuǎn)移，此時(shí)
令T2在零電壓下開通，當(dāng)續(xù)流自然結(jié)束后，G2即通過L、 T2、 D6開始高頻調(diào) 制信號(hào)負(fù)半周放電，同樣T2的導(dǎo)通時(shí)間寬度也受負(fù)載電壓與基準(zhǔn)電壓的瞬
時(shí)誤差調(diào)制，當(dāng)達(dá)到所需的時(shí)間寬度后，T2在C2的保護(hù)下零電壓關(guān)斷，屆
時(shí)，L中的電流在L上形成回掃電壓，使Di導(dǎo)通，形成續(xù)流回路直 流電源Vin—D6—Cr2—Lr，將儲(chǔ)存于L上的電能送至直流電源Vin，以此實(shí)現(xiàn)
Cr2中的能量向直流電源Vin中轉(zhuǎn)移，此時(shí)令L在零電壓下開通，當(dāng)續(xù)流自然結(jié)束后，就又開始了高頻調(diào)制信號(hào)正半周的工作……，周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)負(fù)
載無(wú)功能量向直流電源Vin側(cè)的回輸。
當(dāng)負(fù)載L上的無(wú)功能量電壓為左負(fù)右正時(shí)，D5、 D6自然截止，轉(zhuǎn)而由 D3、 D4和T。 T2與由一只電感Lr和兩只等值電容(Crl、 Cr2)組成的諧振電路 一起工作，以上述負(fù)載^上的無(wú)功能量電壓為左正右負(fù)時(shí)相同的工作方式
進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而完成負(fù)載無(wú)功能量向直流電源Vin側(cè)的回輸。
本實(shí)用新型所提供的這種具有雙向能量傳輸能力的軟開關(guān)諧振式
DC-AC逆變電路，工作時(shí)，無(wú)論是在正向傳輸能量的過程中，還是在反向回 輸能量時(shí)，承擔(dān)高頻功率變換的電子開關(guān)管都以軟開關(guān)方式工作，與現(xiàn)有 技術(shù)相比不僅克服了現(xiàn)有PWM硬開關(guān)技術(shù)的缺陷，可以大幅度地降低電 路的工作損耗，提高電路的轉(zhuǎn)換效率和開關(guān)管的工作可靠性，有效消除硬 開關(guān)帶來(lái)的強(qiáng)大電磁干擾，縮小體積、降低重量、降低生產(chǎn)成本；并且由 于工作中諧振電路始終處于諧振狀態(tài)，可大幅度提升電路的功率轉(zhuǎn)換能力， 帶來(lái)更高效率、更低干擾和更高的可靠性。


圖1為現(xiàn)有的具有雙向能量傳輸能力的DC-AC逆變電路的電原理圖。 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的具有雙向能量傳輸能力的軟開關(guān)諧
振式DC-AC逆變電路的電原理圖。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的具有雙向能量傳輸能力的軟開關(guān)諧
振式DC-AC逆變電路在反向回輸能量時(shí)的電原理圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的這種承擔(dān)高頻功率變換的電子 開關(guān)管都以軟開關(guān)方式工作的具有雙向能量傳輸能力的軟開關(guān)諧振式DC-AC 逆變電路，它包括
一個(gè)由四只場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋，每只 場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管都有一只寄生二極管和一只邊緣諧振電容與之相并聯(lián)；
一個(gè)由一只電感Lr與兩只等值電容(Crl、 Cr2)串聯(lián)組成的串聯(lián)支路中 點(diǎn)相連組成的諧振電路；一個(gè)由兩只場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管(T\、 T2)串聯(lián)組成的串聯(lián)支路，每只場(chǎng) 效應(yīng)電子開關(guān)管都有一只寄生二極管和一只邊緣諧振電容與之相并聯(lián)；
由四只場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋與由兩只場(chǎng) 效應(yīng)電子開關(guān)管(Tl、 T2)組成的串聯(lián)支路相并聯(lián)，由一只電感L和兩只等 值電容(Crl、 Cr2)組成的諧振電路的電感端與由兩只場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管(T\、 T2)組成的串聯(lián)支路的中點(diǎn)相連、兩電容端分別與由四只場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管 (T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋的兩輸出端相連，以四只場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān) 管(T3、 T4、 T5、 T6)組成的逆變橋的輸出端作輸出端；以兩只場(chǎng)效應(yīng)電子 開關(guān)管(T,、T2)組成的串聯(lián)支路的上、下管端分別作直流電源Vin的正極(+ )、
負(fù)極(一)輸入端。
圖中，Dt、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6分別是與場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6并聯(lián)的二極管，分別是場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6 寄生的；d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Ce分別是與場(chǎng)效應(yīng)電子開關(guān)管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6并聯(lián)的邊緣諧振電容；C是輸出濾波電容，L是負(fù)載。
8
權(quán)利要求1、一種軟開關(guān)諧振式DC-AC逆變電路，其特征在于，它包括一個(gè)由四只電子開關(guān)管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋，每只電子開關(guān)管都有一只二極管和一只邊緣諧振電容與之相并聯(lián)；一個(gè)由一只電感(Lr)與兩只等值電容(Cr1、Cr2)串聯(lián)組成的串聯(lián)支路中點(diǎn)相連組成的諧振電路；一個(gè)由兩只電子開關(guān)管(T1、T2)串聯(lián)組成的串聯(lián)支路，每只電子開關(guān)管都有一只二極管和一只邊緣諧振電容與之相并聯(lián)；由四只電子開關(guān)管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋與由兩只電子開關(guān)管(T1、T2)組成的串聯(lián)支路相并聯(lián)，由一只電感(Lr)和兩只等值電容(Cr1、Cr2)組成的諧振電路的電感端與由兩只電子開關(guān)管(T1、T2)組成的串聯(lián)支路的中點(diǎn)相連、兩電容端分別與由四只電子開關(guān)管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋的兩輸出端相連，以四只電子開關(guān)管(T3、T4、T5、T6)組成的逆變橋的輸出端作輸出端；以兩只電子開關(guān)管(T1、T2)組成的串聯(lián)支路的上、下管端分別作直流電源(Vin)的正極(+)、負(fù)極(—)輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟開關(guān)諧振式DC-AC逆變電路，其特征在于:與電子開關(guān)管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)相并聯(lián)的二極管可以是獨(dú)立的；也可以分別是電子開關(guān)管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)寄生的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟開關(guān)諧振式DC-AC逆變電路，其特征在于:電子開關(guān)管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)采用的是場(chǎng)效應(yīng)管。
專利摘要一種軟開關(guān)諧振式DC-AC逆變電路，包括一個(gè)由四只電子開關(guān)管組成的逆變橋；一個(gè)由一只電感與兩只等值電容串聯(lián)組成的串聯(lián)支路中點(diǎn)相連組成的諧振電路；一個(gè)由兩只電子開關(guān)管串聯(lián)組成的串聯(lián)支路，每只電子開關(guān)管都有一只二極管和一只邊緣諧振電容與之相并聯(lián)。工作時(shí)，無(wú)論是在正向傳輸能量的過程中，還是在反向回輸能量時(shí)，承擔(dān)高頻功率變換的電子開關(guān)管都以軟開關(guān)方式工作，可以大幅度降低電路的工作損耗，提高電路的轉(zhuǎn)換效率和開關(guān)管的工作可靠性，有效消除硬開關(guān)帶來(lái)的強(qiáng)大電磁干擾，縮小體積、降低重量、降低生產(chǎn)成本；并且由于工作中諧振電路始終處于諧振狀態(tài)，可大幅度提升電路的功率轉(zhuǎn)換能力，帶來(lái)更高效率、更低干擾和更高的可靠性。
文檔編號(hào)H02M7/72GK201290073SQ20082010651
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者徐衛(wèi)東, 賈彤穎 申請(qǐng)人:石家莊通合電子有限公司