諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的技術(shù)研究

王靜茹，邱 彬，王 華，陳愛容，榮 軍,2

?

諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的技術(shù)研究

王靜茹1，邱 彬1，王 華1，陳愛容1，榮 軍1,2

（1.湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，湖南岳陽(yáng)414006；2. 復(fù)雜工業(yè)物流系統(tǒng)智能控制與優(yōu)化湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南岳陽(yáng)414006）

闡述了應(yīng)用于電壓型逆變器的諧振直流環(huán)電路的工作原理，給出了其在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真結(jié)果。通過(guò)仿真結(jié)果得出，諧振直流環(huán)電路可實(shí)現(xiàn)零電壓開通，使開關(guān)損耗為零，但是電壓uCr諧振峰值很高，增加了對(duì)逆變器開關(guān)器件耐壓的要求。

諧振直流環(huán) 軟開關(guān) 仿真

0 引言

所謂“軟開關(guān)”是指通過(guò)引入諧振使功率開關(guān)管開通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，它主要為解決電路中的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問(wèn)題，提高開關(guān)頻率，使電力電子裝置實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。諧振直流環(huán)是適用于變頻器的一種軟開關(guān)電路，它主要應(yīng)用于交流-直流-交流變換電路的中間直流環(huán)節(jié)。通過(guò)在直流環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流器或逆變器工作在軟開關(guān)的條件下。本文對(duì)應(yīng)用于電壓型逆變器的諧振直流環(huán)電路進(jìn)行了研究，首先詳細(xì)地闡述了該電路的工作原理，然后借助仿真軟件MATLAB/Simulink對(duì)電路的工作波形進(jìn)行了建模與仿真，最后通過(guò)仿真結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行了分析。

1 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的工作原理

諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路如圖1所示。圖1中，為輸入直流電壓，諧振電感、諧振電容和輔助開關(guān)S構(gòu)成中間直流諧振環(huán)節(jié)。它用一個(gè)輔助開關(guān)S使逆變橋中所有的開關(guān)工作在零電壓開通的條件下，但實(shí)際中S的開關(guān)動(dòng)作可以用逆變電路中開關(guān)的直通與關(guān)斷來(lái)代替。又由于電壓型逆變器的負(fù)載通常為感性，而且在諧振過(guò)程中逆變電路的開關(guān)狀態(tài)是不變的，因此在分析時(shí)可將圖1所示的系統(tǒng)原理電路簡(jiǎn)化等效為圖2，其理想化波形如圖3所示，其工作原理分析如下：

0~1時(shí)段：0時(shí)刻之前，電感L的電流大于負(fù)載電流I，開關(guān)S處于通態(tài)，0時(shí)刻，S關(guān)斷，電路發(fā)生諧振。因?yàn)椋虼藢?duì)充電，不斷升高，直到時(shí)刻，。

圖2 諧振直流環(huán)電路的等效電路

圖3 諧振直流環(huán)電路的理想化波形

2 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路在MATLAB/Simulink的建模與仿真

2.1仿真模型

在MATLAB/Simulink中建立諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路仿真模型如圖4[2-4]所示，其仿真模型由直流電源、觸發(fā)脈沖、電力MOSFET、RL負(fù)載、諧振電感以及諧振電容等模塊構(gòu)成。

2.2仿真結(jié)果及其分析

在MATLAB/Simulink中建立諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路仿真模型后，給出其仿真結(jié)果如圖5所示。其中圖5所示的仿真波形從上到下為功率開關(guān)管電壓、開關(guān)管電流、負(fù)載電流和諧振電流。從圖中可以看出當(dāng)功率開關(guān)管電壓為零，原因在于諧振時(shí)使電力MOSFET反并聯(lián)的二極管導(dǎo)通，流過(guò)反向電流，使電力MOSFET的電壓鉗位為零，因此實(shí)現(xiàn)零電壓開通，可以將開關(guān)損耗降為零，與理論分析完全一致。

圖4 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的仿真模型

圖5 諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的仿真波形圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文首先詳細(xì)的闡述了諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路的工作原理，然后借助仿真軟件對(duì)其工作過(guò)程進(jìn)行了理論驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，諧振直流環(huán)軟開關(guān)電路能夠?qū)崿F(xiàn)主電路功率開關(guān)管的零電壓開通。相比較實(shí)際電路設(shè)計(jì)，借助MATLAB仿真軟件能夠簡(jiǎn)便以及低成本的驗(yàn)證其工作原理，為其實(shí)際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

[1] 王兆安, 劉進(jìn)軍. 電力電子技術(shù)[M]. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.

[2] 張曉凡, 榮軍, 倪艷琴, 等. 三種單相半波可控整流電路的比較研究[J]. 船電技術(shù), 2016, 36(3): 1-5.

[3] 李真貴, 胡楊昊, 佘海湘, 等. 三電平逆變器改進(jìn)型SVPWM研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化, 2014, 33(4): 49-54.

Research on Technology of Resonant DC Link Soft Switching Circuit

Wang Jingru1, Qin Bin1, Wang Hua1, Chen Airong1, Rong Jun1,2

（1.Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, Hunan, China; 2. Key Laboratory of Hunan Province on Intelligent Control and Optimization of Complex Industrial Logistics System, Yueyang 414006, Hunan, China)

TM711

A

1003-4862（2017）08-0075-02

2017-03-29

湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助（2016TP1021）和2016年岳陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目

王靜茹(1996-)，女，本科在讀，自動(dòng)化專業(yè)。

榮軍（1978-），男，碩士，講師。專業(yè)方向：開關(guān)電源、電機(jī)控制。E-mail: rj1219@163.com