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一种电流型并联谐振DBD臭氧电源
优质期刊推荐关键词：零开关零开关谐振软开关
The Applation of Resonant t 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 fi 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
<span style="color: #引言
近十几年来，由于电路简单和控制方便，脉宽()技术已经成为功率电子技术中DC/AC逆变器的一个重要的选择。PWMDC/AC变换器在不间断电源(UPS)、电机驱动、感应加热等领域得到了广泛的应用。然而，由于开关损耗和半导体器件额定电流的限制，使得逆变器中的开关只工作在大约几个千赫兹，逆变器的功率也只有几个千瓦。众所周知，随着开关频率的提高，逆变器的功率密度和性能将会得到很大的改善。当然，开关频率的提高要受到以下因素的影响：
●在功率开关开通和关断过渡期间的开关应力(很高的电压和电流峰值)，将会导致器件的安全工作区(SOA)加大；
●开关损耗；
●严重的di/dt和dv/dt将会产生电磁干扰()。
　　与PWM硬开关电路相反，在谐振软开关电路中，开关器件在零电压或零电流条件下切换，理论上开关损耗为零。因此，与硬开关电路相比，在采用同一类型开关器件的条件下，谐振软开关电路可以很轻松地在高出一个或几个数量级的开关频率下工作。高的开关频率使谐振软开关电路具有许多明显的优点，如低噪音，低电磁干扰(EMI)，输出波形的谐波成分少；另外，由于开关器件在零电压或零电流条件下动作，开关器件的动态过程大为改观，这使得缓冲电路成为多余，散热器尺寸明显减小，从而使设备尺寸及重量也随之大量减小，开关器件可在高可靠性和高效率条件下工作。总而言之，人们过去在硬开关PWM电路设计中追求的许多目标，在软开关条件下都很容易实现。
　　由于谐振软开关逆变电路与常规硬开关逆变电路比较具有明显的优点，因此，近十年来，国内外的许多研究人员每年都有大量的关于这个领域研究的论文发表，目前已提出多种不同拓扑结构的谐振软开关逆变电路。
<span style="color: #软开关逆变器拓扑结构分类
图1软开关技术逆变器分类
总的来说，逆变器根据其开关特性可分为硬开关技术与软开关技术，所谓硬开关技术是指在开关切换瞬间，开关两端有电压或电流，所以不可避免的会产生开关损耗和EMI问题。同时，由于寄生和漏感的存在，在开关切换瞬间还会出现很高的电压/电流峰值。而软开关技术则是让开关在两端电压或电流为零或极小的瞬间切换，从而避免了开关损耗和EMI问题。产生这个零电压或零电流瞬间的方法则是在硬开关技术拓扑结构的基础上增加由L、C或其它诸如或辅助开关等元器件组成的谐振网络，使主开关两端的电压或电流始终在零点附近振荡或穿过零点，从而给开关的零电压/零电流切换（即软开关技术）提供了可能的条件。
　　谐振环节位置和结构的变化，开关波形的特性不同及谐振的形式(如并联或串联)，也使得软开关技术DC/AC逆变器电路拓扑变得多种多样。图1给出了软开关技术逆变器的一个分类图。
●谐振(LoadResonance)
把LC谐振网络以串联或并联的方式加在负载侧，为逆变桥主功率开关器件创造一个ZVS或ZCS条件。而DC总线侧的电压或电流波形保持不变。
●谐振过渡(Resonanttransition)
　　把LC谐振网络加在逆变桥上，开关上的寄生电容也成为谐振模式的一部分，为主功率开关器件创造一个ZVS或ZCS条件。而输入端DC总线波形保持不变。
●谐振环节(ResonantLink)
　　把谐振网络加在输入DC源和逆变桥之间，这样输入总线上的电压就成为一个脉冲序列，为功率开关器件创造软开关技术条件，所以，它和传统意义上的PWM系统，有着较大的区别。
<span style="color: #软开关逆变器拓扑结构的分类
<span style="color: #?1负载谐振逆变器
　　谐振网络和负载相连，在整个开关内(Ts=1/fs)以频率fr进行振荡，这种负载上振荡的电压和电流就可以为逆变桥中的主功率器件创造ZVS或ZCS条件，逆变桥可以是半桥或全桥结构。一般情况下，分为两类：
　　第一串联谐振拓扑结构：谐振网络和逆变桥串联，逆变桥给谐振网络提供一个方波电压。负载和谐振网络之间的连接是多种多样的，串联/并联/混合谐振结构(如串/并、并/串和多谐振)。
　　第二并联谐振拓扑结构：谐振网络和逆变桥并联，逆变桥给谐振网络提供一个方波电流，同样，负载和谐振网络之间也可以是串联或并联。
　　下面列出负载谐振转换器的两个实例和一些基本特点：
　　(1)串联谐振/并联负载逆变器(SRPLI)
图2示出了一个半桥的SPRLI电路。这种电路的特点是：
　　当fr ， 输 出 阻 抗 为 容 性 ， 主 开 关 和 二 极 管 在 ZCS条 件 下 开 通 或 关 断 。 有 源 开 关 的 开 通 取 决 于 电 路 的 控 制 信 号 ， 而 它 的 关 断 则 依 靠 功 率 电 路 的 自 然 换 流 。 由 于 负 载 和 谐 振 电 容 并 联 ， 可 以 明 显 缩 小 输 出 电 压 的 畸 变 。 在 实 际 应 用 中 ， 为 了 限 制 功 率 开 关 中 的 短 暂 冲 击 电 流 ， 应 该 给 每 个 功 率 开 关 串 联 一 个 电 感 。 这 种 电 路 广 泛 地 应 用 于 感 应 加 热 、 航 空 电 源 等 大 功 率 (20k/10kVA左 右 )场 合 。
当fr&fs时，SRPLI工作在ZVS条件下，为了避免开关的关断损耗，功率开关应该并联一个吸收电容。这种情况下，如果构成全桥电路，其输出可采用移相调制的方法来控制。该结构还有一些特征，即相对于开关周期来说，谐振只发生在一个很短的瞬间，而
图2SRPLI电路
图3PRSLI电路
且开关上的寄生电容和隔离上的漏在逆变侧成为谐振网络的一部分。由于这种电路的这些特点，它已广泛应用于高频电源的设计中。
　　SRPLI电路的优点是：输出正弦波畸变较小，功率大效率高。
　　SRPLI电路的缺点是：变频控制方法受到限制，且有一定的输出畸变。另外由于制造的原因或参数的瞬态变化使得开关频率漂移，从而不便调整输出电压。
(2)并联谐振/串联负载逆变器(PRSLI)
　　图3示出了一个典型的PRSLI结构，该电路实际上是图2电路的一个对称电路，用了一个隔离变压器来代替输出电感，谐振电感Lr与负载串联并向其提供调制电流。当fr ， 输 出 阻 抗 为 感 性 ， 这 样 ， 开 关 的 开 通 时 间 取 决 于 电 路 的 自 然 特 性 ， 而 开 关 的 关 断 由 控 制 信 号 决 定 。 例 如 ， 只 有 当 开 关 S1两 端 的 电 压 回 到 零 时 ， 它 才 能 开 通 。 然 而 ， 开 关 S1可 以 在 任 何 时 间 被 控 制 信 号 关 断 ， 并 且 由 谐 振 电 容 进 行 续 流 。 在 该 电 路 中 ， 由 于 谐 振 电 容 的 作 用 ， 开 关 在 零 电 压 (ZVS)条 件 下 开 通 和 关 断 。 由 于 主 开 关 上 的 电 压 是 交 变 的 ， 所 以 主 开 关 必 须 具 有 反 向 关 断 能 力 ， 如 果 使 用 快 速 开 关 型 的 主 功 率 器 件 (和 等 )时 ， 续 流 二 极 管 一 定 要 和 主 开 关 器 件 串 联 以 防 止 反 向 击 穿 。 当 使 用 晶 闸 管 逆 变 桥 时 ， 还 要 求 谐 振 电 路 一 定 要 早 于 逆 变 桥 之 前 工 作 ， 有 关 文 献 已 给 出 了 这 个 问 题 的 详 细 分 析 。
(3)负载谐振逆变器的一般特性
　　负载谐振逆变器主要适用于连续负载，谐振发生在整个开关周期。为了缩小输出电压畸变，通过对fs的微小变化而获得较宽的输出电压范围，谐振网络的品质因素Q必须尽可能地高。品质因素Q的定义如下：(1)
　　从式(1)中可以看出，当要求品质因素Q较高时，必须使谐振环节的能量储存峰值增大，即谐振元件容量加大。由于谐振元件放置在主功率传输通道上，所以该类型逆变器中的各个元器件都要承受较高的电压和较大的电流。因此，串联谐振逆变器应用的最大功率就受到了一定的限制。但在谐振频率附近，负载谐振逆变器能够提供易于调节的输出电压，这时，负载上的接近于1，而且功率器件上的电压和电流变化率较小。
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copyright & &广电电器(中国梧州) -all right reserved& 若您有什么意见或建议请mail: & &
地址： 电话：(86)774-2826670& & &&）一、 判断题 1维持晶闸管导通的条件是保证流过晶闸管的电流不小于晶闸管的擎住电 流IL。（
） 2单相桥式全控整流电路，无论电流连续与否，其输出平均电压计算公式 为Ud?0.9U2cos? 。（
） 3三相桥式可控整流电路中，为使系统可靠工作，触发脉冲应采用双脉冲 或宽脉冲。（
） 4三相桥式全控整流电路，同一相上触发脉冲相位相差180°。（
） 5单相桥式全控整流电路，反电动势电阻负载（R―E），控制角α的移相范围为????1800。（
） 6三相桥式全控整流电路，电流连续，考虑整流变压器漏抗XB时，其输出 平均电压计算公式为：Ud?2.34U2cos??32?XB?Id 。（
） 7在三相半波可控整流电路中，晶闸管可能承受的最大反向电压为2U2l；而在三相桥式全控整流电路中，晶闸管可能承受的最大反向电压为22U2l。（
） 8晶闸管单相交流调压电路，纯电阻负载，当控制角α≠0时，电路功率 因数cosΦ≠1。（
） 9晶闸管交流调压电路和交流调功电路均采用相位控制方式，而交流电力 电子开关为开关控制方式。（
） 10交交变频电路输出电压的频率既可高于输入电网的频率，也可低于输入 电网的频率。（
） 11利用PWM控制技术，可以用一系列等幅不等宽的脉冲来等效正弦波信 号。（
） 12晶闸管单相交流调压电路，阻感负载下稳态时α的移相范围为0~180o。（
） 13用PWM控制技术，可以用一系列等幅不等宽的脉冲来等效正弦波信号。（
） 14用于中频加热电源的单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路，其晶闸管采用的换流方式为电容强迫换流。（
二、 填空题 1晶闸管导通的条件为(1)
。导通后流过晶闸管的电流由
决定。 2额定电流ITa=100A的晶闸管，流入正弦半波电流，则允许流入额定电流有效值为
。 3变流电路常用的换流方式分为：
。 4在单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路中，晶闸管的换流方式为
。 5晶闸管单相交流调压电路，阻感负载，则控制角α的移相范围为
。 6斩波器的控制方式有
。 7产生有源逆变的条件是（1）
。 8单相桥式整流电路，每周期内输出波头数为
个；三相桥式整流电路，每周期内输出波头数为
个。 9主电路对晶闸管触发电路的基本要求：（1）
。 10三相电压型逆变器一般采用180°导电型，每次换流是在
进行；三相电流型逆变器一般采用120°导电型，每次换流是在
进行。 11晶闸管触发电路定相的关键是
。 12逆变电路采用多电平或多重方式，其目的是：
。 13电力电子技术研究的两大分支为
。 14从能量转换角度来看，用于电能转换的四类装置分别是：
。 15在有源逆变电路中，βmin包括
三部分。 16无源逆变电路和有源逆变电路的区别在于：
。 170PWM波形的生成方法主要有
。 18电压型逆变电路的主要特征是：
；电流型逆变电路的主要特征是：
。 19三相串联二极管式逆变电路，其采用的换流方式为：
；其换流过程可分为
阶段。 20 PWM逆变电路的调制方法可分为
调制法。 21通常电力电子器件的工作损耗主要包括以下三部分：
损耗。在较高频率工作情况下，
损耗 为主要因素。 22 在单相交交变频电路中有正组、反组两组变流器，输出电压波形一周内，存在正组整流逆变，反组整流逆变四种工作状态。每个阶段正组工作还是反组工作由
决定；具体工作在整流还是逆变状态由
决定。 23 半控桥整流电路为防止失控，通常采用
。 24 列举三种晶闸管过电流保护的方法
。 25 额定电流100A的晶闸管通以矩形波电流，周期为2π，每个周期内矩形波的宽度为π，若考虑2倍安全裕量，最大可能流过的矩形波电流幅值为
。 26 三相桥式全控整流电路大电感负载，交流侧电压为U2，晶闸管承受的最大正向电压为
，最大反向电压为
。 27 晶闸管的通态平均电流指
。 28 三相半控桥整流电路电阻性负载的移相范围为
，阻感性负载的移相范围为
。 29 相控整流电路中，晶闸管阳极串联电感的作用是
，阳阴间并联R-C电路的作用是
，抑制浪涌电流和短路保护应采用的措施是
。 30 三相电压型无源逆变电路中，每个开关器件一个开关周期内导通
，连接在同一电源极性上的三个开关器件的控制信号相位为
，上下桥臂开关器件控制信号相位差为
。 三 简答题 1.对晶闸管(SCR)、可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）和功率场效应管（Power MOSFET）的下述性能进行比较。（10分）
(1).用哪种信号驱动 (2).开关速度 (3).通过电流能力 （4）控制类型 2. 简述晶闸管触发电路的要求。 3. 简述逆变电路的含义，有源逆变和无源逆变的区别。 4. 晶闸管并联使用电流不平均的原因及后果。 5. 试简述电压性逆变电路和电流型逆变电路的特点。 6.简述单极性和双极性PWM调制的区别？以单相桥式逆变电路为例，说明两种调制方式下的器件开通控制规律？ 7.有源逆变的条件是什么？列举三种可能造成有源逆变失败的原因。 8.单相桥式全控整流电路带阻感负载（电感值极大）时的功率因数最高能达到多少？为什么？ 9.输入为交流电、输出为交流电的变流电路有那些种类？各有什么主要的特点？ 10.试汇出升压斩波电路的电路原理图，并简述其基本工作原理。 11.SPWM的含义是什么？其基本原理是什么？试绘出采用单极性调制方式、调制度为0.5、载波比为6时，调制信号一个周期的SPWM波形。 12.不采用相控方式，将交流电变为直流电的变流电路有那两大类？各有何主要特点？以下试题来自：
单项选择题并联谐振式逆变器并联谐振式逆变器虽然换流期间四只晶闸管都导通，由于(　　)作用，电源不会短路。A．大电容Cd的限流B．大电容Cd的限压C．大电感Ld的限流D．大电感Ld的限压
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