多電平逆變器有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究

圖4輔助諧振變換極三電平逆變器[9]

圖3輔助諧振變換極三電平逆變器[8]

圖5輔助諧振變換極三電平逆變器[10]

1）輔助開(kāi)關(guān)所承受的阻斷電壓是0.75Udc，阻斷電壓的數值較高。

2）流過(guò)吸收電容C3的電流有效值是流過(guò)吸收電容C1和C2的電流有效值的1.4倍。

3）內部開(kāi)關(guān)管Sa2和Sa1′和箝位二極管Da和Da′在關(guān)斷時(shí)，其能量是間接地被電容C3吸收，這樣會(huì )造成較大的雜散電感，將導致軟變換期間的寄生震蕩。 為了克服圖3電路存在的缺點(diǎn)，文獻[9]和文獻[10]分別提出了圖4和圖5所示的電路。

圖4所示電路的輔助諧振變換電路由輔助開(kāi)關(guān)Saux1和Saux2、諧振電感Laux1和Laux2、關(guān)斷吸收電容C1、C2、C3、C4組成。當開(kāi)關(guān)管Sa2導通和Sa2′關(guān)斷時(shí)，輔助開(kāi)關(guān)Saux1幫助主開(kāi)關(guān)Sa1和Sa1′在軟開(kāi)關(guān)條件下完成變換，使輸出電壓交替連接到正極母線(xiàn)和中點(diǎn)；當開(kāi)關(guān)管Sa1導通和Sa1′關(guān)斷時(shí)，輔助開(kāi)關(guān)Saux2幫助主開(kāi)關(guān)Sa2和Sa2′在軟開(kāi)關(guān)條件下完成變換，使輸出電壓交替連接到負極母線(xiàn)和中點(diǎn)。C1作為開(kāi)關(guān)管Sa1的關(guān)斷吸收電容，C2作為開(kāi)關(guān)管Sa2和箝位二極管Da的關(guān)斷吸收電容，C3作為開(kāi)關(guān)管Sa1′和箝位二極管Da′的關(guān)斷吸收電容，C4作為開(kāi)關(guān)管Sa2′的關(guān)斷吸收電容。

該電路的優(yōu)點(diǎn)是：

1）輔助開(kāi)關(guān)所承受的阻斷電壓減小到0.5Udc。

2）可實(shí)現主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)和輔助開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)關(guān)。

3）箝位二極管關(guān)斷時(shí)的能量直接被吸收電容所吸收，減少了雜散電感，也減少了關(guān)斷時(shí)因二極管的反向恢復特性造成的損耗。

該電路的缺點(diǎn)是：

1）用了兩個(gè)諧振電感，電路的元器件數量較多。

2）對于軟開(kāi)關(guān)變換來(lái)說(shuō)，當一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內的平均輸出電壓和平均輸出電流的乘積(即平均輸出功率)大于零時(shí)，吸收元器件的布置是最優(yōu)的，因為此時(shí)，變換出現在被直接吸收的器件Sa1和Da之間以及Sa2′和Da′之間；當一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內的平均輸出功率小于零時(shí)，變換出現在被間接吸收的內部開(kāi)關(guān)管Sa2或Sa1′上，此時(shí)會(huì )造成較大的雜散電感，將導致軟變換期間的寄生震蕩。

為了克服圖4所示電路的缺點(diǎn)，使吸收元器件的布置是最優(yōu)的，文獻[10]提出了圖5所示的軟開(kāi)關(guān)拓撲。該電路的輔助諧振變換電路由輔助開(kāi)關(guān)Saux1和Saux2、諧振電感Laux1和Laux2、Sa與Da、Da′與Sa′所組成的有源箝位開(kāi)關(guān)及關(guān)斷吸收電容C1、C2、C3、C4組成。但是該電路中吸收電容的布置與圖4所示電路中吸收電容的布置不同，每個(gè)主開(kāi)關(guān)器件都并聯(lián)有一個(gè)直接吸收電容。這樣的結構使雜散電感減少到最小，并減少了由于平均輸出功率小于零的變換所帶來(lái)的損耗。然而，該電路需要有源箝位開(kāi)關(guān)來(lái)控制在軟開(kāi)關(guān)變換時(shí)吸收電容的充電過(guò)程。有源箝位開(kāi)關(guān)的積極作用是在低速和高轉矩操作時(shí)，提高靜態(tài)電壓的平衡和開(kāi)關(guān)器件之間的損耗平衡。

該電路的優(yōu)點(diǎn)是：

1）使雜散電感減少到最小，大大減小了發(fā)生寄生震蕩的幾率。

2）可實(shí)現主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)和輔助開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)關(guān)。

3）在低速和高轉矩操作時(shí)，提高了靜態(tài)電壓的平衡和開(kāi)關(guān)器件之間的損耗平衡。 該電路的缺點(diǎn)是：增加了兩個(gè)有源箝位開(kāi)關(guān)管，采用了兩個(gè)諧振電感，使電路中元器件的數量增多，增加了電路的復雜性，降低了電路的可靠性。

在實(shí)際應用當中，上述三種電路還存在著(zhù)以下問(wèn)題：

1）中點(diǎn)穩定性問(wèn)題。由于三電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲的直流環(huán)節有四個(gè)電容，這樣就存在兩個(gè)中點(diǎn)(1和2)。ARCP變換期間，兩個(gè)中點(diǎn)的充電平衡由輔助電流iaux1和iaux2的方向、大小和持續時(shí)間來(lái)

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圖6電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲

圖7電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲