专利名称：软开关谐振式dc-ac逆变电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有双向能量传输能力的DC-AC逆变电路，特别 是一种具有双向能量传输能力的软开关谐振式DC-AC逆变电路。
背景技术：
在逆变技术中，以具有双向能量传输能力的高性能逆变电路最具有应 用价值。在现有技术中，对市场影响深远，应用最为广泛的具有双向能量 传输能力的DC-AC逆变电路，有如附图l所示，它包括
一个由四只电子开关管(TV 、 TV 、 T5' 、 TV )组成的逆变桥，每 只电子开关管都有一只二极管与之相并联；
一个由一只电感L'和一只电容C'串联组成的串联支路；
一个由两只电子开关管(TV 、 T2')串联组成的串联支路，每只电子 开关管都有一只二极管与之相并联；
由四只电子开关管(T3' 、 TV 、 TV 、 TV )组成的逆变桥与由一只 电感L'和一只电容C'组成的串联支路的电容C'相并联，由一只电感L' 和一只电容C'组成的串联支路的电感端与由两只电子开关管(TV 、T2') 组成的串联支路的中点相连、电容端与由两只电子开关管(TV 、 T2')组 成的串联支路的下管端相连，以四只电子开关管(TV 、 T/ 、 TV 、 TV ) 组成的逆变桥的输出端作输出端；以两只电子开关管(TV 、 TV )组成的 串联支路的上、下管端分别作直流电源Vh的正极(+ )、负极(一)输入端。
图中，、 D2， 、 D3， 、 D4， 、 D5， 、 D6，分别是与电子开关管T/ 、 T2， 、 T3， 、 T4， 、 TV 、 T6，并联的二极管，ZL,是负载。
正向传输能量(即由输入端向输出端)时，电子开关管T/关闭，TV 在低频正弦波调制下以PWM方式工作TV导通时，直流电源Vin通过T/ 、 L'为C'充电，而在TV关断后，L'中的电流在L'上形成回扫电压，使 D2，导通，形成续流回路L' —C， 一D2， 一L，，由L'上的储能继续为C'供电；同时，于输出电压的正半周，电子开关管V 、 TV关闭，T5' 、 T6' 导通，于输出电压的负半周，电子开关管V 、 V关闭，TV 、 T4'导通， 通过电容C'轮流经Ts， 、 T6，或TV 、 T4，向负载ZJ供电，负载ZL，即 获得正弦交变的电压，即交流电，就完成了DC-AC的逆变工作。
当负载带感性或容性时，在输出电压改变极性(即电压过零点)前、 后一个相反相位宽度内，使TV 、 TV 、 T/ 、 T5' 、 TV处于关断状态， 负载无功能量将通过D3' 、 D4' 、 D5' 、 D6'组成的全桥整流电路整流后储 存于C'，届时，电子开关管T2'在低频正弦波调制下以PWM方式工作T2' 导通时，电路中形成由C' —L' —V —C'这样的电流回路，为L'储能， 当T/关断后，L，中的电流在L'上形成回扫电压，使D/导通，形成由 L， 一D/ —直流电源Vh—C' —1/这样的续流回路，将储存于1/上的电 能送至直流电源Vi。，从而以Boost电路的形式，完成从输出侧向直流电源
侧的无功能量回输。
显然，这样的逆变电路无论是工作在正向输能的Buck模式下，还是工 作在反向回能的Boost模式时，其承担高频功率变换的电子开关管都是以 硬开关方式工作的，由于硬开关工作损耗大，转换效率低，电路元器件电 流、电压应力很高，导致电路可靠性低下，尤其是硬开关形成的较大电磁 干扰，严重影响自身控制和周遍电子设备的工作安全。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有的具有双向能量传输 能力的DC-AC逆变电路承担高频功率变换的电子开关管都以硬开关方式工 作的不足，而提供一种承担高频功率变换的电子开关管都以软开关方式工 作的具有双向能量传输能力的软开关谐振式DC-AC逆变电路。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是 一种承担高频功率 变换的电子开关管都以软开关方式工作的具有双向能量传输能力的软开关 谐振式DC-AC逆变电路，它包括
一个由四只电子开关管(T3、 T4、 T5、 T6)组成的逆变桥，每只电子开 关管都有一只二极管和一只边缘谐振电容与之相并联；
4一个由一只电感L与两只等值电容(Ch、 Crf)串联组成的串联支路中 点相连组成的谐振电路；
一个由两只电子开关管(T,、 T2)串联组成的串联支路，每只电子开关 管都有一只二极管和一只边缘谐振电容与之相并联；
由四只电子开关管(T3、 T4、 T5、 T6)组成的逆变桥与由两只电子开关 管(L、 T2)组成的串联支路相并联，由一只电感Lr和两只等值电容(Crl、 Cr2)组成的谐振电路的电感端与由两只电子开关管(T,、 T2)组成的串联支 路的中点相连、两电容端分别与由四只电子开关管(T3、 T4、 T5、 T6)组成 的逆变桥的两输出端相连，以四只电子开关管(T3、 T4、 T5、 T6)组成的逆 变桥的输出端作输出端；以两只电子开关管(L、 T2)组成的串联支路的上、 下管端分别作直流电源Vh的正极(+ )、负极(一)输入端。
参见附图2:
图中，Di、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6分别是与电子开关管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 Te并联的二极管，可以是独立的；也可以分别是电子开关管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 L寄生的。d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Ce分别是与电子开关管L、 T2、 T3、 T4、
T5、 Te并联的边缘谐振电容。
在正向输出能量(即由输入端向输出端)时，于输出电压的正半周， 电子开关管T3、 L关断，由Ts、 Te和L、 T2与由一只电感Lr和两只等值电容 (Crl、 Cr2)组成的谐振电路完成逆变工作在高频调制信号的正半周，T5、 L导通，直流电源Vi。通过Ts、 Crl、 L、 T2形成通路，为Cn正向充电，经过 一段时间后，L在C2的保护下实现零电压关断，T2关断后，L中的电流在 Lr上形成回扫电压，使"导通，形成续流回路Di—T5—Crl—L，由Lr上 的储能继续为"充电，此时令L在零电压下开通，在续流接近零点前，令 T5在Cs保护下零电压关断，Ts关断后瞬间，L中的残余电流所形成的回扫电
压经Cr2使De导通，形成残流回路Lr —L —直流电源Vin —D6 —Cr2 —Lr，此时
令T6在零电压下开通，当这股残余电流归零时，高频调制信号正半周结束； 随后，直流电源Vin就会通过L—L—Cr2—Te形成新的通路，给"正向充电， 就进入了高频调制信号负半周工作，经过一段时间后，L在d的保护下实
现零电压关断，T,关断后，Lr中的电流在L上形成回扫电压，使D2导通，形成续流回路U—Cr2—T6—D2—L，由L上的储能继续为Cr2充电，此时令T2
在零电压下开通，在续流接近零点前，令Te在C6保护下零电压关断，Te关
断后瞬间，L中的残余电流所形成的回扫电压经Cn使D5导通，形成残流回
路Lr —Crl —D5 —直流电源Vin —T2 —Lr，此时令T5在零电压下开通，当这股残
余电流归零时，高频调制信号负半周结束；随后，电路就又开始了高频调
制信号正半周的工作，转而给"正向充电，……，周而复始，进行着输出
电压正半周的高频转换工作，Cn和C^上被充入的正向高频电压相加后输出
给负载z,。
在上述高频调制信号的正负半周内，由于直流电源Vin供电时间的长短
受低频基准信号调制，所以电路输出给负载z,的电压波形和基准信号相同。
而在输出电压的负半周，则是电子开关管T5、 Te关断，转而由T3、 T4 和L、 T2与由一只电感L和两只等值电容(Cn、 Cr2)组成的谐振电路一起 工作，以上述输出电压正半周相同的工作方式进行转换，从而在负载厶上 获得极性相反的输出电压。
当负载L为感性或者容性负载时，负载^上的无功能量会储存于Crl 和C^上，电路会以软开关的工作方式将其转换到直流电源侧，届时，关断 T3、 T4、 T5、 T6，此时电路的工作原理如附图3:
当负载ZL上的无功能量电压为左正右负时，D3、 D4自然截止，在高频调 制信号的正半周，T2关断，Ti开通，Cn通过D5、 T\、 L放电，Ti的导通时间
宽度受负载电压与基准电压的瞬时误差调制，当达到所需的时间宽度后， L在d的保护下零电压关断，届时，L中的电流在Lr上形成回扫电压，使
D2导通，形成续流回路L —Crl —D5 —直流电源Vh —D2 —Lr，将储存于L上的 电能送至直流电源Vin，以此实现Cn中的能量向直流电源Vin中转移，此时
令T2在零电压下开通，当续流自然结束后，G2即通过L、 T2、 D6开始高频调 制信号负半周放电，同样T2的导通时间宽度也受负载电压与基准电压的瞬
时误差调制，当达到所需的时间宽度后，T2在C2的保护下零电压关断，届
时，L中的电流在L上形成回扫电压，使Di导通，形成续流回路直 流电源Vin—D6—Cr2—Lr，将储存于L上的电能送至直流电源Vin，以此实现
Cr2中的能量向直流电源Vin中转移，此时令L在零电压下开通，当续流自然结束后，就又开始了高频调制信号正半周的工作……，周而复始，实现负
载无功能量向直流电源Vin侧的回输。
当负载L上的无功能量电压为左负右正时，D5、 D6自然截止，转而由 D3、 D4和T。 T2与由一只电感Lr和两只等值电容(Crl、 Cr2)组成的谐振电路 一起工作，以上述负载^上的无功能量电压为左正右负时相同的工作方式
进行转换，从而完成负载无功能量向直流电源Vin侧的回输。
本实用新型所提供的这种具有双向能量传输能力的软开关谐振式
DC-AC逆变电路，工作时，无论是在正向传输能量的过程中，还是在反向回 输能量时，承担高频功率变换的电子开关管都以软开关方式工作，与现有 技术相比不仅克服了现有PWM硬开关技术的缺陷，可以大幅度地降低电 路的工作损耗，提高电路的转换效率和开关管的工作可靠性，有效消除硬 开关带来的强大电磁干扰，縮小体积、降低重量、降低生产成本；并且由 于工作中谐振电路始终处于谐振状态，可大幅度提升电路的功率转换能力， 带来更高效率、更低干扰和更高的可靠性。
图1为现有的具有双向能量传输能力的DC-AC逆变电路的电原理图。 图2为本实用新型实施例所提供的具有双向能量传输能力的软开关谐
振式DC-AC逆变电路的电原理图。
图3为本实用新型实施例所提供的具有双向能量传输能力的软开关谐
振式DC-AC逆变电路在反向回输能量时的电原理图。
具体实施方式
参照附图2，本实用新型实施例所提供的这种承担高频功率变换的电子 开关管都以软开关方式工作的具有双向能量传输能力的软开关谐振式DC-AC 逆变电路，它包括
一个由四只场效应电子开关管(T3、 T4、 T5、 T6)组成的逆变桥，每只 场效应电子开关管都有一只寄生二极管和一只边缘谐振电容与之相并联；
一个由一只电感Lr与两只等值电容(Crl、 Cr2)串联组成的串联支路中 点相连组成的谐振电路；一个由两只场效应电子开关管(T\、 T2)串联组成的串联支路，每只场 效应电子开关管都有一只寄生二极管和一只边缘谐振电容与之相并联；
由四只场效应电子开关管(T3、 T4、 T5、 T6)组成的逆变桥与由两只场 效应电子开关管(Tl、 T2)组成的串联支路相并联，由一只电感L和两只等 值电容(Crl、 Cr2)组成的谐振电路的电感端与由两只场效应电子开关管(T\、 T2)组成的串联支路的中点相连、两电容端分别与由四只场效应电子开关管 (T3、 T4、 T5、 T6)组成的逆变桥的两输出端相连，以四只场效应电子开关 管(T3、 T4、 T5、 T6)组成的逆变桥的输出端作输出端；以两只场效应电子 开关管(T,、T2)组成的串联支路的上、下管端分别作直流电源Vin的正极(+ )、
负极(一)输入端。
图中，Dt、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6分别是与场效应电子开关管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6并联的二极管，分别是场效应电子开关管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6 寄生的；d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Ce分别是与场效应电子开关管L、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6并联的边缘谐振电容；C是输出滤波电容，L是负载。
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权利要求1、一种软开关谐振式DC-AC逆变电路，其特征在于，它包括一个由四只电子开关管(T3、T4、T5、T6)组成的逆变桥，每只电子开关管都有一只二极管和一只边缘谐振电容与之相并联；一个由一只电感(Lr)与两只等值电容(Cr1、Cr2)串联组成的串联支路中点相连组成的谐振电路；一个由两只电子开关管(T1、T2)串联组成的串联支路，每只电子开关管都有一只二极管和一只边缘谐振电容与之相并联；由四只电子开关管(T3、T4、T5、T6)组成的逆变桥与由两只电子开关管(T1、T2)组成的串联支路相并联，由一只电感(Lr)和两只等值电容(Cr1、Cr2)组成的谐振电路的电感端与由两只电子开关管(T1、T2)组成的串联支路的中点相连、两电容端分别与由四只电子开关管(T3、T4、T5、T6)组成的逆变桥的两输出端相连，以四只电子开关管(T3、T4、T5、T6)组成的逆变桥的输出端作输出端；以两只电子开关管(T1、T2)组成的串联支路的上、下管端分别作直流电源(Vin)的正极(+)、负极(—)输入端。
2、 根据权利要求1所述的软开关谐振式DC-AC逆变电路，其特征在于:与电子开关管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)相并联的二极管可以是独立的；也可以分别是电子开关管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)寄生的。
3、 根据权利要求1所述的软开关谐振式DC-AC逆变电路，其特征在于:电子开关管(T\、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)采用的是场效应管。
专利摘要一种软开关谐振式DC-AC逆变电路，包括一个由四只电子开关管组成的逆变桥；一个由一只电感与两只等值电容串联组成的串联支路中点相连组成的谐振电路；一个由两只电子开关管串联组成的串联支路，每只电子开关管都有一只二极管和一只边缘谐振电容与之相并联。工作时，无论是在正向传输能量的过程中，还是在反向回输能量时，承担高频功率变换的电子开关管都以软开关方式工作，可以大幅度降低电路的工作损耗，提高电路的转换效率和开关管的工作可靠性，有效消除硬开关带来的强大电磁干扰，缩小体积、降低重量、降低生产成本；并且由于工作中谐振电路始终处于谐振状态，可大幅度提升电路的功率转换能力，带来更高效率、更低干扰和更高的可靠性。
文档编号H02M7/72GK201290073SQ20082010651
公开日2009年8月12日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者徐卫东, 贾彤颖 申请人:石家庄通合电子有限公司