低附加电压零电压开关储能半桥式逆变器及调制方法

摘要

本发明提供了一种低附加电压零电压开关储能半桥式逆变器及调制方法，包括直流侧蓄电池，直流侧分压电容，交流侧滤波电感，由两个有反并联二极管的全控主开关构成的单相桥臂，在直流侧分压电容和单相桥臂直流母线间接入有反并联二极管的辅助开关与箝位电容的串联支路，并在该支路两端跨接谐振电感，主开关和辅助开关两端并联电容。本发明带负载独立运行或并网运行。主开关采用正弦波脉宽调制方法，辅助开关调制信号与主开关同步。每一开关周期中辅助开关只动作一次就能实现所有主开关零电压开通，主开关反并联二极管反向恢复电流得到抑制，开关电压应力等于逆变器直流侧电压，开关损耗小，电路效率高，提高了工作频率，进而提高功率密度。

主权项

一种低附加电压应力零电压开关储能半桥式逆变器的调制方法，其特征在于:包括逆变器直流侧蓄电池，直流侧分压电容C₁、C₂，由两个有反并联二极管的主开关S₁、S₂构成的单相桥臂，接在桥臂中点与输出负载或者交流电网之间的输出滤波电感L，其中：单相桥臂的两个主开关S₁、S₂分别并联第一电容C_r1、第二电容C_r2，在逆变器直流侧分压电容C₁、C₂和单相桥臂的直流母线之间接入有反并联二极管的辅助开关S₃与箝位电容C_c的串联支路，辅助开关S₃的两端并联第三电容C_r3，辅助开关S₃与箝位电容C_c组成的串联支路两端跨接谐振电感L_r；辅助开关S₃集电极与逆变器直流侧蓄电池正端相连，发射极与箝位电容C_c相连，箝位电容Cc另一端与单相桥臂正母线相连，谐振电感L_r一端与逆变器直流侧蓄电池正端相连，另一端与单相桥臂正母线相连；主开关S₁、S₂采用双极性正弦脉宽调制方法，辅助开关S₃调制信号与主开关S₁、S₂调制信号同步；辅助开关S₃在主开关S₁、S₂从二极管换流到主开关S₁、S₂之前关断，为主开关创造零电压开通条件；当逆变器直流母线电流由交流侧流向直流侧时，在辅助开关S₃关断的短暂时间内，主开关直通给谐振电感提供续流通路，使谐振电感L_r存储能量足以实现逆变器软开关；逆变器零电压开关在逆变器交流侧电流全功率因数角范围内均可以实现；当直流母线电流由直流侧流向交流侧时，在一个开关工作周期内，逆变器共有9个工作状态：阶段1(t₀‑t₁)：t₀时刻，主开关S₂和辅助开关S₃处于导通状态，主开关S₁关闭，负载电流经主开关S₂反并联二极管续流；阶段2(t₁‑t₂)：t₁时刻关断辅助开关S₃；谐振电感L_r和第三电容C_r3、第一电容C_r1谐振，第三电容C_r3两端电压增大，第一电容C_r1两端电压减小；阶段3(t₂‑t₃)：t₂时刻，第一电容C_r1电压减小到零，主开关S₁反并联二极管导通，谐振结束；阶段4(t₃‑t₄)：t₃时刻，S₁零电压开通；主开关S₁与S₂反并联二极管换流，由于谐振电感L_r的存在，主开关S₂反并联二极管的反向恢复过程被抑制；阶段5(t₄‑t₅)：t₄时刻，换流结束，主开关S₂反并联二极管电流减小到零；此时为实现软开关，零电压开通主开关S₂，桥臂直通，对谐振电感L_r充磁；阶段6(t₅‑t₆)：t₅时刻，关闭主开关S₂；谐振电感L_r和第三电容C_r3、第二电容C_r2谐振，第二电容C_r2两端电压增大，第三电容C_r3两端电压减小；阶段7(t₆‑t₇)：t₆时刻，第三电容C_r3电压减小到零，辅助开关S₃反并联二极管导通，谐振结束；辅助开关S₃零电压开通；阶段8(t₇‑t₈)：t₇时刻，主开关S₁关断；负载电流给第二电容C_r2放电，给第一电容C_r1充电；阶段9(t₈‑t₉)：t₈时刻，第一电容C_r1电压增大到V_dc；第二电容C_r2电压减小到零，负载电流经主开关S₂反并联二极管续流；主开关S₂零电压开通，t₉时刻的电路状态与t₀时刻的电路状态相同，重复下一个周期；当直流母线电流由交流侧流向直流侧时，在一个开关工作周期内，逆变器共有9个工作状态：阶段1(t₀‑t₁)：t₀时刻，主开关S₁和辅助开关S₃处于导通状态，主开关S₂关闭，负载电流经S₁反并联二极管续流；阶段2(t₁‑t₂)：t₁时刻关断辅助开关S₃，由于并联电容的存在，辅助开关S₃零电压关断；谐振电感L_r和第三电容C_r3、第二电容C_r2谐振，第三电容C_r3两端电压增大，第二电容C_r2两端电压减小；阶段3(t₂‑t₃)：t₂时刻，第二电容C_r2电压减小到零，主开关S₂反并联二极管导通，谐振结束；阶段4(t₃‑t₄)：t₃时刻，主开关S₂零电压开通；主开关S₂与S₁反并联二极管换流，由于谐振电感L_r的存在，主开关S₁反并联二极管的反向恢复过程被抑制；阶段5(t₄‑t₅)：t₄时刻，换流结束，主开关S₁反并联二极管电流减小到零；此时为实现软开关，零电压开通主开关S₁，桥臂直通，对谐振电感L_r充磁；阶段6(t₅‑t₆)：t₅时刻，关断主开关S₁；谐振电感L_r和第三电容C_r3、第一电容C_r1谐振，第一电容C_r1两端电压增大，第三电容C_r3两端电压减小；阶段7(t₆‑t₇)：t₆时刻，第三电容C_r3电压减小到零，辅助开关S₃反并联二极管导通，谐振结束；辅助开关S₃零电压开通；阶段8(t₇‑t₈)：t₇时刻，主开关S₂关断；负载电流给第一电容C_r1放电，给第二电容C_r2充电；阶段9(t₈‑t₉)：t₈时刻，第二电容C_r2电压增大到V_dc；第一电容C_r1电压减小到零，负载电流经主开关S₁反并联二极管续流；主开关S₁零电压开通，t₉时刻的电路状态与t₀时刻的电路状态相同，重复下一个周期。