諧振軟開關技術及其在逆變電源中的應用

摘要：為了獲得更高的性能指標、更高的效率、更高的功率密度，軟開關技術已經(jīng)在DC/AC逆變器中得到了廣泛的應用。然而，在這一領域中所做的大量工作并沒有得到廣泛的認識，撰寫本文的目的在于嘗試著對軟開關技術的DC/AC電路進行一個簡單的分類，并對其工作原理、性能、設計上的局限性及其優(yōu)缺點進行扼要的分析。也重點討論了諧振軟開關技術在逆變電源中的應用。

關鍵詞：零電壓開關零電流開關諧振軟開關

The Application of Resonant Soft switching Techniques in Invert Power Supply

Abstract: In order to achieve better performance,higher effciency,higher power density,soft? switching techniques have recently been applied in the design of DC/AC inverter.However,the amount of work that has been done in this field is not widely known,this paper is an attempt to classify the soft? switched DC/AC circuits in a simple and generic way,and operating principles,performance,and design limitations are discussed.Some possible industrial applications of soft? switched inverter are addressed.

Keywords:Zero? voltage switching,Zero? current switching,Resonant soft? switching

1引言

近十幾年來，由于電路簡單和控制方便，脈寬調制(PWM)技術已經(jīng)成為功率電子技術中DC/AC逆變器的一個重要的選擇。PWMDC/AC變換器在不間斷電源(UPS)、電機驅動、感應加熱等領域得到了廣泛的應用。然而，由于開關損耗和半導體器件額定電流的限制，使得逆變器中的開關頻率只工作在大約幾個千赫茲，逆變器的功率也只有幾個千瓦。眾所周知，隨著開關頻率的提高，逆變器的功率密度和性能將會得到很大的改善。當然，開關頻率的提高要受到以下因素的影響：

●在功率開關開通和關斷過渡期間的開關應力(很高的電壓和電流峰值)，將會導致器件的安全工作區(qū)(SOA)加大；

●開關損耗；

●嚴重的di/dt和dv/dt將會產生電磁干擾(EMI)。

　　與PWM硬開關電路相反，在諧振軟開關電路中，開關器件在零電壓或零電流條件下切換，理論上開關損耗為零。因此，與硬開關電路相比，在采用同一類型開關器件的條件下，諧振軟開關電路可以很輕松地在高出一個或幾個數(shù)量級的開關頻率下工作。高的開關頻率使諧振軟開關電路具有許多明顯的優(yōu)點，如低噪音，低電磁干擾(EMI)，輸出波形的諧波成分少；另外，由于開關器件在零電壓或零電流條件下動作，開關器件的動態(tài)過程大為改觀，這使得緩沖電路成為多余，散熱器尺寸明顯減小，從而使設備尺寸及重量也隨之大量減小，開關器件可在高可靠性和高效率條件下工作。總而言之，人們過去在硬開關PWM電路設計中追求的許多目標，在軟開關條件下都很容易實現(xiàn)。

　　由于諧振軟開關逆變電路與常規(guī)硬開關逆變電路比較具有明顯的優(yōu)點，因此，近十年來，國內外的許多研究人員每年都有大量的關于這個領域研究的論文發(fā)表，目前已提出多種不同拓撲結構的諧振軟開關逆變電路。

2軟開關逆變器拓撲結構分類

圖1軟開關技術逆變器分類

總的來說，逆變器根據(jù)其開關特性可分為硬開關技術與軟開關技術，所謂硬開關技術是指在開關切換瞬間，開關兩端有電壓或電流，所以不可避免的會產生開關損耗和EMI問題。同時，由于寄生電容和漏感的存在，在開關切換瞬間還會出現(xiàn)很高的電壓/電流峰值。而軟開關技術則是讓開關在兩端電壓或電流為零或極小的瞬間切換，從而避免了開關損耗和EMI問題。產生這個零電壓或零電流瞬間的方法則是在硬開關技術拓撲結構的基礎上增加由電感L、電容C或其它諸如二極管或輔助開關等元器件組成的諧振網(wǎng)絡，使主開關兩端的電壓或電流始終在零點附近振蕩或穿過零點，從而給開關的零電壓/零電流切換（即軟開關技術）提供了可能的條件。

　　諧振環(huán)節(jié)位置和結構的變化，開關波形的特性不同及諧振的形式(如并聯(lián)或串聯(lián))，也使得軟開關技術DC/AC逆變器電路拓撲變得多種多樣。圖1給出了軟開關技術逆變器的一個分類圖。

●負載諧振(LoadResonance)

把LC諧振網(wǎng)絡以串聯(lián)或并聯(lián)的方式加在負載側，為逆變橋主功率開關器件創(chuàng)造一個ZVS或ZCS條件。而DC總線側的電壓或電流波形保持不變。

●諧振過渡(Resonanttransition)

　　把LC諧振網(wǎng)絡加在逆變橋上，開關上的寄生電容也成為諧振模式的一部分，為主功率開關器件創(chuàng)造一個ZVS或ZCS條件。而輸入端DC總線波形保持不變。

●諧振環(huán)節(jié)(ResonantLink)

　　把諧振網(wǎng)絡加在輸入DC源和逆變橋之間，這樣輸入總線上的電壓就成為一個脈沖序列，為功率開關器件創(chuàng)造軟開關技術條件，所以，它和傳統(tǒng)意義上的PWM系統(tǒng)，有著較大的區(qū)別。

3軟開關逆變器拓撲結構的分類

3?1負載諧振逆變器

　　諧振網(wǎng)絡和負載相連，在整個開關周期內(Ts=1/fs)以頻率fr進行振蕩，這種負載上振蕩的電壓和電流就可以為逆變橋中的主功率器件創(chuàng)造ZVS或ZCS條件，逆變橋可以是半橋或全橋結構。一般情況下，分為兩類：

　　第一串聯(lián)諧振拓撲結構：諧振網(wǎng)絡和逆變橋串聯(lián)，逆變橋給諧振網(wǎng)絡提供一個方波電壓。負載和諧振網(wǎng)絡之間的連接是多種多樣的，串聯(lián)/并聯(lián)/混合諧振結構(如串/并、并/串和多諧振)。

　　第二并聯(lián)諧振拓撲結構：諧振網(wǎng)絡和逆變橋并聯(lián)，逆變橋給諧振網(wǎng)絡提供一個方波電流，同樣，負載和諧振網(wǎng)絡之間也可以是串聯(lián)或并聯(lián)。

　　下面列出負載諧振轉換器的兩個實例和一些基本特點：

　　(1)串聯(lián)諧振/并聯(lián)負載逆變器(SRPLI)

圖2示出了一個半橋的SPRLI電路。這種電路的特點是：

　　當fr ， 輸 出 阻 抗 為 容 性 ， 主 開 關 和 二 極 管 在 ZCS條 件 下 開 通 或 關 斷 。 有 源 開 關 的 開 通 取 決 于 電 路 的 控 制 信 號 ， 而 它 的 關 斷 則 依 靠 功 率 電 路 的 自 然 換 流 。 由 于 負 載 和 諧 振 電 容 并 聯(lián) ， 可 以 明 顯 縮 小 輸 出 電 壓 的 畸 變 。 在 實 際 應 用 中 ， 為 了 限 制 功 率 開 關 中 的 短 暫 沖 擊 電 流 ， 應 該 給 每 個 功 率 開 關 串 聯(lián) 一 個 電 感 。 這 種 電 路 廣 泛 地 應 用 于 感 應 加 熱 、 航 空 電 源 等 大 功 率 (20kHZ/10kVA左 右 )場 合 。

當fr>fs時，SRPLI工作在ZVS條件下，為了避免開關的關斷損耗，功率開關應該并聯(lián)一個吸收電容。這種情況下，如果構成全橋電路，其輸出可采用移相調制的方法來控制。該結構還有一些特征，即相對于開關周期來說，諧振只發(fā)生在一個很短的瞬間，而

圖2SRPLI電路

圖3PRSLI電路

且開關上的寄生電容和隔離變壓器上的漏感抗在逆變側成為諧振網(wǎng)絡的一部分。由于這種電路的這些特點，它已廣泛應用于高頻電源的設計中。

　　SRPLI電路的優(yōu)點是：輸出正弦波畸變較小，功率大效率高。

　　SRPLI電路的缺點是：變頻控制方法受到限制，且有一定的輸出畸變。另外由于制造的原因或參數(shù)的瞬態(tài)變化使得開關頻率漂移，從而不便調整輸出電壓。

(2)并聯(lián)諧振/串聯(lián)負載逆變器(PRSLI)

　　圖3示出了一個典型的PRSLI結構，該電路實際上是圖2電路的一個對稱電路，用了一個隔離變壓器來代替輸出電感，諧振電感Lr與負載串聯(lián)并向其提供調制電流。當fr ， 輸 出 阻 抗 為 感 性 ， 這 樣 ， 開 關 的 開 通 時 間 取 決 于 電 路 的 自 然 特 性 ， 而 開 關 的 關 斷 由 控 制 信 號 決 定 。 例 如 ， 只 有 當 開 關 S1兩 端 的 電 壓 回 到 零 時 ， 它 才 能 開 通 。 然 而 ， 開 關 S1可 以 在 任 何 時 間 被 控 制 信 號 關 斷 ， 并 且 由 諧 振 電 容 進 行 續(xù) 流 。 在 該 電 路 中 ， 由 于 諧 振 電 容 的 作 用 ， 開 關 在 零 電 壓 (ZVS)條 件 下 開 通 和 關 斷 。 由 于 主 開 關 上 的 電 壓 是 交 變 的 ， 所 以 主 開 關 必 須 具 有 反 向 關 斷 能 力 ， 如 果 使 用 快 速 開 關 型 的 主 功 率 器 件 (MOSFET和 IGBT等 )時 ， 續(xù) 流 二 極 管 一 定 要 和 主 開 關 器 件 串 聯(lián) 以 防 止 反 向 擊 穿 。 當 使 用 晶 閘 管 逆 變 橋 時 ， 還 要 求 諧 振 電 路 一 定 要 早 于 逆 變 橋 之 前 工 作 ， 有 關 文 獻 已 給 出 了 這 個 問 題 的 詳 細 分 析 。

(3)負載諧振逆變器的一般特性

　　負載諧振逆變器主要適用于連續(xù)負載，諧振發(fā)生在整個開關周期。為了縮小輸出電壓畸變，通過對fs的微小變化而獲得較寬的輸出電壓范圍，諧振網(wǎng)絡的品質因素Q必須盡可能地高。品質因素Q的定義如下：(1)

　　從式(1)中可以看出，當要求品質因素Q較高時，必須使諧振環(huán)節(jié)的能量儲存峰值增大，即諧振元件容量加大。由于諧振元件放置在主功率傳輸通道上，所以該類型逆變器中的各個元器件都要承受較高的電壓和較大的電流。因此，串聯(lián)諧振逆變器應用的最大功率就受到了一定的限制。但在諧振頻率附近，負載諧振逆變器能夠提供易于調節(jié)的輸出電壓，這時，負載上的功率因數(shù)接近于1，而且功率器件上的電壓和電流變化率較小。

3?2諧振過渡逆變器

　　在這種逆變器中，輸入總線電壓或電流是固定不變的，而軟開關條件的實現(xiàn)是通過逆變開關兩端的電壓和電流諧振而產生的。理想狀況下，諧振只發(fā)生在開關過渡的瞬間，而且應該使諧振電路在功率傳遞到負載的過程中吸收的能量達到最小值，當然諧振能量一定要足夠大(與負載的變化無關)，以滿足產生ZVS或ZCS的條件。

　　這類逆變器包括極諧振電路、諧振吸收電路、準諧振電路和軟開關過渡技術的PWM轉換(ZVT和ZCT)。

(1)極諧振逆變器(RPI)

　　極諧振技術的最早應用是在DC/DC變換器中，但后來在DC/AC逆變器中被證明也是一種較方便的方法。這一類逆變器的共同特點是：輔助諧振電路放置在逆變橋上。對于三相逆變器來說，輔助諧振電路由原來的一組變?yōu)槿M，即每橋臂均配有一組，通過輔助諧振電路，使每一相極點(即每一橋臂上下開關器件連接點)電壓產生諧振，從而為開關器件創(chuàng)造了零電壓導通條件。

　　圖4給出了一個單相極諧振逆變器(RPI)的原理圖。

圖4單相RPI電路

工作過程簡述如下：

　　設主開關器件上的電壓是Us，諧振電感不斷地被極電壓Us所充電和放電，且供給負載一個交變的電流，電感Lr和電容Cr的諧振只發(fā)生在極電壓反向瞬間。

　　假設S2導通，S1處于關斷狀態(tài)，為了激活RPI工作過程，S2在ZVS處關斷，并聯(lián)諧振電感Lr在兩個諧振電容Cr之間進行能量的交換。S1上的電壓達到零點時由二極管D1導通，對負載電流進行續(xù)流。這時，諧振電感被直流電壓充電至Us/2，且S1可在此刻實

圖5ARCPI電路

現(xiàn)ZVS導通。事實上，由于諧振過程僅僅只發(fā)生在開關周期的極小一部分，這種拓撲結構也被稱為準諧振ZVS。

　　極諧振逆變器發(fā)展的最大障礙是開關的沖擊電流，這是由于為了給主開關器件創(chuàng)造一個ZVS的條件，必須使電感電流足夠大以滿足和諧振電容之間的能量交換，由此而引起開關上的電流峰值和有效值至少分別是負載電流的2倍和1?2倍。所以功率器件的感性損耗可能要比傳統(tǒng)意義上的PWM逆變器高出很多，而且導致了過高的元器件成本和過低的開關利用率。

　　另一方面，對于那些較輕的負載，電感電流還不一定會有效地創(chuàng)造出ZVS條件，使得逆變器的帶載能力范圍受到了限制。還有，由于諧波電感和負載串聯(lián)，所以這種結構的逆變器似乎也不適合于電動機的驅動。

　　(2)諧振吸收逆變器

　　諧振吸收逆變器也稱為輔助諧振轉換極逆變器(ARCPI)，其基本結構如圖5所示。

　　在該電路中，對應每一相，都有一個LC的諧振轉換環(huán)節(jié)。諧振轉換電路包括諧振電感Lr和并聯(lián)在每個主開關上的諧振電容Crp/Crn，主開關為自關斷器件。其工作原理也非常容易理解：假設負載電感L1遠大于諧振電感Lr，那么在主開關換向瞬間，負載電流可以看成是一恒流源，初始狀態(tài)io為圖示方向，開關Sp處于關斷，二極管Dn處于續(xù)流狀態(tài)，即主電流io流過Dn。開通V1及Sn，諧振電流iL開始線性增加，當iL到達io時，流過Dn的電流變?yōu)榱悖琲L－io的差值流過開關Sn，當iL－io升高室整定值時，關斷Sn，諧振開始，在諧振期間，輸出電壓Uo從零增加，當Uo等于Us時，開關Sp就可以在零電壓下開通，同時iL下降為零時，在零電流條件下關斷V1。關于這種類型的逆變器的發(fā)展和應用請參閱參考文獻1。

　　(3)軟開關過渡PWM逆變器(ZVT－PWM、ZCT－PWM)：

　　軟開關過渡技術的概念最初的應用出現(xiàn)在AC/DC和DC/DC變換器中，后來才被擴展到DC/AC逆變器中。這種結構綜合考慮了PWM技術和軟開關技術的優(yōu)點。在這種模式的逆變器電路結構中，直流總線上的電壓/電流是固定不變的，而逆變橋則采用傳統(tǒng)的PWM調制方式，增加了一個輔助的諧振電路。

　　輔助諧振電路只工作在逆變橋開關的切換瞬間，而開關周期的其余時間維持PWM調制的特點。輔助開關的工作過程一定要和PWM控制同步。

①ZVT－PWM逆變器

其三相電路如圖6所示。

當主功率開關零電壓/零電流過渡換向的時候，輔助開關Sr導通，經(jīng)過二極管Dfb把多余的電感能量反饋回直流側。所有的二極管均在零電流條件下導通或關斷，而主功率開關在零電壓條件下切換，這樣開關損耗將會顯著地降低。

　　ZVT－PWM拓撲結構主功率器件通常選用MOSFET或IGBT。它們的寄生電容將成為諧振網(wǎng)絡的一部分。所以這種電路可以工作在很高的開關頻率下，除了主功率開關切換過渡的瞬間，這種電路的工作過程和傳統(tǒng)意義上的PWM電路完全類似。

　　顯然，諧振電感Lo和逆變橋上電容（C1～C6）之

圖6ZVT－PWM逆變器

圖7ZCT－PWM逆變器

間的諧振是有源開關獲得零電壓切換的必備條件。由于所有的有源器件ZVT開關過程都處于PWM操作過程當中，所以相對于傳統(tǒng)的PWM電路，這種拓撲電路中的開關順序就顯得比較復雜。

　　在這種電路結構中，由于負載電感不是逆變器零電壓工作的一部分，所以該電路可以用于電動機驅動。

②ZCT－PWM逆變器

　　其三相電路如圖7所示。

該逆變器電路實際上是一種在大功率晶閘管型逆變器中所使用的電流脈沖強迫換流電路的改進。電感Lo和電容Co之間的諧振給逆變橋上的有源開關在零電流條件下的關斷提供了一個沖擊電流。這就要求強迫給電路中開關上的電壓變化峰值要比DC總線上的電壓高出很多。為了在ZCS下?lián)Q向，逆變橋中每個橋臂都需要兩個輔助開關，兩個續(xù)流二極管和一個電阻Rd。當然，這種器件數(shù)量的增加無疑使得電路的工作過程變得復雜起來。

　　ZCT－PWM逆變器優(yōu)點是：由于所有的有源開關都是在ZCS條件下開通或關斷，顯著減小了有源開關和所有二極管上的電壓/電流變化峰值。另外和電流脈沖強迫換流電路相比，輔助電路諧振中的循環(huán)能量將隨負載電流的變化而被調整，但并不損耗，所以電流峰值大約只有負載電流的1?1倍，而且輔助電路中的電感損耗也明顯地減少。然而，ZCT－PWM逆變電路也存在著不足之處：逆變橋上的二極管和輔助開關都不是軟關斷，而是在一定的負載電流下關斷，所以關斷損耗對該電路來說是一個需要解決的問題。

③一般特性：

　　對于ZVT－PWM逆變電路，當輔助網(wǎng)絡工作時，無論是從直流側還是從負載側來看都是一個并聯(lián)諧振網(wǎng)絡，而對于ZCT－PWM逆變電路，卻是一個串聯(lián)諧振網(wǎng)絡。這兩種電路中逆變橋上的開關都各自獨立地在ZVS或ZCS條件下開通或關斷。然而在ZVT－PWM逆變電路中，輔助開關和所有的二極管只能在ZCS條件下開通或關斷，而在ZCT－PWM逆變電路中，輔助開關和逆變橋上的二極管卻都是在一定的負載電流下進行硬關斷。另外，在這兩種電路中，諧振網(wǎng)絡開關的位置和諧振吸收電路的拓撲結構很相似。近年來，對這種逆變器不斷探索改進的主要目標是使這種電路的工作特性更接近于傳統(tǒng)的PWM電路。

3?3諧振環(huán)節(jié)逆變器

　　在諧振環(huán)節(jié)逆變器的電路中，諧振環(huán)節(jié)位于直流總線上。根據(jù)該諧振環(huán)節(jié)的結構特性和開關模式，此種逆變器又分為以下兩種類型：

　　●諧振交流環(huán)節(jié)逆變器(RESONANTAC－LINKINVERTER—RACLI)

　　指的是諧振環(huán)節(jié)的輸出是交流的電壓或交流的電流，從而給逆變橋上的開關提供了ZCS或ZVS條件，同時也就要求逆變橋上的開關必須是雙向器件。

　　●諧振直流環(huán)節(jié)逆變器(RESONANTDC－LINKINVERTER—RDCLI)

　　指的是諧振環(huán)節(jié)的輸出是直流脈沖，同樣可以為逆變橋上的開關提供ZCS或ZVS條件，這時逆變橋上的開關只要求是單向器件。

(1)RACLI電路

　　圖8示出了串聯(lián)諧振交流環(huán)節(jié)逆變器(SRACLI)和并聯(lián)諧振交流環(huán)節(jié)逆變器(PRACLI)的電路。

　　在SRACLI電路中，諧振環(huán)節(jié)輸出一個正弦波電流，而在PRACLI電路中，諧振環(huán)節(jié)輸出一個正弦波電壓。它們的固定頻率：

圖8RACLI電路

（a）SRACLI電路（b）PRACLI電路

圖9PRDCLI電路

在圖8(a)所示SRACLI電路中，一般情況下，為了獲得較高的諧振頻率，串聯(lián)諧振環(huán)節(jié)都選擇較小的電感，同時，由于諧振環(huán)節(jié)的輸出是交變的電流，所以逆變橋上的開關必須是雙向開關，也可以是大功率的器件，如TRIAC。另外逆變橋工作在循環(huán)換流模式，諧振電流每周期兩次通過自然零點，而逆變橋上的開關也僅在此時進行換向觸發(fā)。

　　在圖8(b)所示PRACLI電路中，電感Lr和Cr并聯(lián)構成一個諧振環(huán)節(jié)，放置在DC總線和逆變橋之間，為逆變橋提供一個交變的電壓，而逆變橋上的開關只在零電壓瞬間進行切換。PRACLI電路中的開關同樣要求選用雙向開關器件以承擔交變電壓。

這種類型的逆變器基本的調制模式是DPM(DiscretePulseModulation)。這時候，開關控制信號使得主開關在半周期或全周期時刻觸發(fā)，把諧振環(huán)節(jié)的高頻脈沖傳送給輸出。輸出電壓中的脈沖數(shù)量取決于諧振環(huán)節(jié)的頻率，輸出基波幅值和期望輸出頻率。

(2)RDCLI電路

　　諧振直流環(huán)節(jié)逆變器也分為并聯(lián)諧振直流環(huán)節(jié)逆變器(PRDCLI)和串聯(lián)諧振直流環(huán)節(jié)逆變器(SRDCLI)。此時，諧振直流環(huán)節(jié)的輸出是一系列的直流脈沖電壓或直流脈沖電流。

　　①PRDCLI電路

圖9示出了一個三相PRDCLI電路，由Lr和Cr組成的諧振環(huán)節(jié)把輸入直流電壓轉換為一系列的高頻脈沖直流電壓波Ud(t)供給逆變橋，該脈沖電壓Ud(t)在過零時就為逆變橋開關提供了一個ZVS條件。

　　在實際電路中，由于每個諧振周期初始條件的可能變化，使得過零失敗或總線電壓Ud(t)過壓沖擊都可能發(fā)生。為了使得每個開關周期的初始條件相同，就需要采用一些特殊的控制策略。關鍵是通過控制電容的初始電流I0來解決過零問題和電壓問題，I0應該隨輸入電感初始電流IL0和逆變橋輸入電流Id的變化而變化。

　　這種類型逆變器基本的調制模式是DPM控制方式(比如δ調制)。DPM控制下的輸出頻率特性遠比PWM波形要差，只有當DPM逆變器的工作頻率高于PWM逆變器工作頻率幾倍時，兩者輸出波形品質才基本相當，而這一點對于RDCLI電路來說是不難做到的。

　　RDCLI電路也有不足之處，首先，由于在直流環(huán)節(jié)上進行電壓諧振，使得Ud高達2～3倍的Us，這樣一來逆變開關器件所承受的電壓應力明顯增加，另外，由于諧振電感Lr處于主功率傳送通道上，其電阻將消耗很大一部分輸入功率，造成逆變器效率降低及Lr發(fā)熱。為了解決這些問題，各國學者先后推出許多改進電路，其典型電路如下：

　　●有源箝位諧振直流環(huán)節(jié)逆變器(ACRDCLI)

　　其三相電路如釁10所示。

在并聯(lián)諧振直流環(huán)節(jié)電路中增加一個輔助開關SC和一個電壓吸收箝位電容(電解電容)，箝位電容上的電壓為(K－1)Us(K稱為箝位系數(shù)，K=1?2～1?4)，這種電路能取得較好的箝位電效果。但是，箝位電容的預充電問題和DPM調制方式使它的應用受到了限制。

　　●準諧振PWM直流環(huán)節(jié)

　　準諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的基本思路是在RDCLI電路中增加一個輔助開關，以達到控制諧振過程的目的，讓諧振只發(fā)生在逆變橋開關換向的瞬間，其余的時間仍然可以采用PWM調制方式。通過控制諧振發(fā)生和終止時刻，總線上的輔助諧振網(wǎng)絡僅僅當逆變橋需要換向的時候被觸發(fā)，為逆變橋提供一個“電壓凹槽”(一個很短的零電壓間隔)，在這個“電壓凹槽”間隔中，逆變橋開關就可以在零電壓條件下?lián)Q向，可達到限制Ud和降低Lr損耗的目的，以改善逆變器的特性。準諧振PWM直流環(huán)節(jié)逆變電路存在的最大問題是準諧振只發(fā)生在一個很小的脈沖范圍內，而不一定

圖10ACRDCLI電路

圖11SRDCLI電路

能有效地與發(fā)生在極短時間間隔內的PWM控制狀態(tài)相匹配。而近年來對空間矢量PWM調制方式的研究為這一問題的解決提供了一個熱點話題。

　　關于這一部分的詳細內容請參閱參考文獻4。

圖12SQRPWMDCLI電路

　　②SRDCLI電路

圖11給出了一個三相負載的SRDCLI電路。它實際上是PRDCLI電路的對偶電路，在這種電路中，一個很大的電感Ls給直流母線提供了偏置電流is，一個高頻的諧振環(huán)節(jié)LrCr串入主功率傳送通道，它們將會產生一個具有ZCS特征的直流母線電流id。這樣，在該電路中就可以使用大功率的晶閘管器件，也就是說這種電路可以應用到較大的功率水平。

　　在這種電路拓撲結構中，也存在著諸如過高的環(huán)節(jié)電流峰值和控制的復雜性等問題。以及與圖9中PRDCLC電路中存在問題的對偶問題。同時也出現(xiàn)了許多改進的拓撲結構電路。圖12串聯(lián)準諧振PWM直流環(huán)節(jié)逆變器(SQRPWMDCLI)電路即是其中的有代表性的一個。

由于在SRDCLI電路中諧振電流的峰值有可能達到負載電流的6～7倍，所以在SQRPWMDCLI電路中使用了飽和磁芯的變壓器對該峰值進行無源箝位，同時在諧振回路中增加了一個輔助開關Sr和二極管Dr，以控制諧振的發(fā)生和結束，從而使該電路能夠實現(xiàn)PWM調制技術。

　　SRDCLⅠ電路的負載一定是容性的，如果負載為感性，則需要在輸出端增加電容。另外，由于在SRDCLⅠ電路中的功率開關在ZCS條件下開通和關斷，所以它有可能在較高的開關頻率下使用諸如晶閘管大功率器件，從而使該電路在大功率／高性能的應用場合，如電機驅動方面極具吸引力。

4結語

本文系統(tǒng)地回顧和簡要地分析了軟開關技術的發(fā)展和一般原理。給出了每種拓撲結構的基本工作原理和一些主要的應用。軟開關技術雖然在減小開關損耗，提高功率密度方面有很強的優(yōu)越性，但也存在著許多諸如開關應力和控制復雜等缺點。這也使它的實際應用還不非常廣泛。無論如何，各種各樣拓撲結構的出現(xiàn)會在一定程度上解決許多方面的問題并克服許多缺點。還有許多方面的課題有待去探索和解決，并在不久的將來會得到更廣泛的應用。

參考文獻

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4明正峰,鐘彥儒.準諧振直流環(huán)節(jié)三相逆變器的最新發(fā)展和應用.電子電子技術，2000(2):58～60