一种新型高功率逆变桥臂无源无损耗吸收电路钢焊条
文章来源：兰恒五金网 | 2022-06-30
一种新型高功率逆变桥臂无源无损耗吸收电路
一种新型高功率逆变桥臂无源无损耗吸收电路 2011年12月09日 来源： 分类号：TM464 文献标识码：A文章编号：0258-8013 (2000) 03-0005-05A NOVEL PASSIVE LOSSLESS SNUBBER FORPOWER INVERTER BRIDGE LEGSDENG Yan WU Xie-hua HE Xiang-ning QIAN Zhao-ming(Power Electronics Research Institute of Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)ABSTRACT：This paper presents a novel passive snubber circuit suitable for inverter bridge leg modules. The optimized configuration is adopted in the main snubber circuit with the minimum number of additional components. Being firstly transferred into a buffer capacitor, the snubber energy is recovered into the DC rail via a simple transformer based on the principle of resonant forward conversion. Extra electrical stress on the main power switches is controllable and simple way's found as well solution for transformer-magnetic-reset-related high voltage problem across the clamping diodes. Mathematical analysis, Pspice simulation and experimental results confirm the effectiveness of the proposed snubber scheme.KEY WORDS：inverter; snubber; energy recovery; resonance▲1 引言 现代电力电子技术的高频率、高功率密度趋势与硬开关工作方式所固有的严重开关损耗及电磁干扰(EMI)问题之间的矛盾日益突出，一些开关功率器件本身工作原理要求严格限制开关时的du/dt和di/dt，另一些新型器件虽然可以不采用开关辅助手段或仅需简单措施即可正常工作，但从提高变换效率、器件利用率，增强电磁兼容性以及装置可靠性着眼，软开关技术对任何开关功率变换器都是有益的。在某些特殊情况(如有功率密度要求或散热条件限制场合)下尤为必要。从拓扑结构而言，传统的串电感和并电容的开关应力改善方法是唯一可能的无源软开关手段，由此发展而来的所谓无源软开关技术，实际上就是无损耗吸收技术。在无源与有源两大类软开关技术中，不使用额外开关元件、检测手段和控制策略的无源方式有着附加成本、可靠性、变换效率、性能价格比等诸多优势，在工业界单端变换器制造领域基本确立了主流地位，理论界近年来也逐渐认同了这一点［1，2］。就桥式逆变器而言，早期的耗能式吸收［3，4］只能以大的能量损耗为软开关代价，除一些很必要的情况(如门极可关断晶闸管，GTO)，一般都弱化吸收强度，仅起约束开关轨迹作用，不是真正意义的软开关技术；后来提出的部分馈能式［4］、无损耗［5，6］方案存在负载依赖性、工作频率范围、附加应力、网络复杂性等的问题，难以应用。同时，在开关功率器件模块化潮流下，可供放置吸收元件的空间余地越来越小，适于逆变桥模块的无损耗吸收技术更较少见诸文献。 文［1］是这一领域较新的结果，具有拓扑简明、适于模块工作、附加应力小等优点。其作者力图通过对吸收电路在图论上的性质研究得出其共性，进而获得普适性的吸收电路结构推导方法，在主吸收回路的简化理论上取得了一定的成果。但对一般的开关功率变换拓扑而言，并不存在太多的复杂性，从理论得出的最简吸收结构可以凭经验轻易得到，这削弱了理论的实际意义；当前无损耗吸收技术的关键已不是如何放置吸收储能元件，而是怎样处理吸收能量——在这方面［1］并未给出一般的原则以及适应于逆变桥的完善方法，所采用手段在网络简单的同时未能妥善兼顾回馈性能。无源无损耗吸收技术以主开关为吸收能量传递路径，若不能在单周期内完成上一开关状态变化所积累吸收能量的转移，就必然存在设计复杂、稳定工作过渡时间长、主开关过压波动及负载依赖性等缺陷。总的来看，逆变桥模块无源无损耗吸收技术因其特殊结构和难度而仍处在进一步研究和发展中。2 电路结构 本文提出一种适用于逆变桥臂模块的无源无损耗吸收结构，如图1所示，为简单计，仅给出一相(单臂)电路。逆变桥上下两管可以共用吸收电感和吸收电容，其最简主吸收拓扑如图2所示，Undeland电路［3］采用的是b型，本文采用a型。电压源变换器的无损耗吸收技术，关键在于构造一个无源电压源，用以吸纳、回馈吸收能量，复位吸收元件(在图2中表现为E)。一般的方法是以电容或互感器充当，本方案E存在于主管的关断吸收回路中，应尽可能接近纯容性，故不能直接使用变压器绕组，而以电容Cb辅以能量回馈网络来替代。出于拓扑特殊性以及负载依赖性的考虑，大多数桥臂吸收电路都使用互感器回馈能量，由于磁通复位原因，普遍有副边二极管耐受数倍母线电压的要求，在一般为高输入电压的大功率场合，这是一个致命的问题，传统的缓解措施相当麻烦［5］。采用正激谐振变换的基本原理［8］(如图3所示)，利用变压器漏感，控制馈能变压器原边承受的励磁时间，这样可以简单增加一个线圈箝位副边二极管电压于2Ud，
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