一种逆变器软开关控制电路和逆变器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种逆变器和逆变器软开关控制电路。逆变器包括第一主开关管模块、第二主开关管模块、辅助开关管模块和逆变器软开关控制电路。逆变器软开关控制电路包括设置在逆变器的第一主开关管模块和辅助开关管模块之间的第一辅助软开关模块；设置在所述逆变器的第二主开关管模块和所述辅助开关管模块之间的第二辅助软开关模块；基于所述第一辅助软开关模块的开通和关闭在输出电压的正半周期实现所述第一主开关管模块和所述第一辅助软开关模块的软开关，基于所述第二辅助软开关模块的开通和关闭在输出电压的负半周期实现所述第二主开关管模块和所述第二辅助软开关模块的软开关。
【专利说明】
一种逆变器软开关控制电路和逆变器
技术领域
[0001]本发明涉及逆变器领域，更具体地说，涉及一种逆变器软开关控制电路和包括该逆变器软开关控制电路的逆变器。
【背景技术】
[0002]随着科技的进步，电子产品的高频化、小型化、高效率、低噪音成为重要的指标。虽然目前的开关管，例如功率MOSFET或IGBT的发展迅速，其性能、损耗在逐渐降低，但是硬开关损耗仍然是系统提高频率、提升效率的一个瓶颈。
[0003]现有技术中的逆变器，由于其开关管在开关过程中电压和电流交叠，将产生硬开关损耗。而硬开关损耗的存在限制了开关频率提升，导致效率不高，同时滤波电感的体积和重量也无法减小。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的逆变器存在硬开关损耗的，因此限制了开关频率提升，导致效率不高的缺陷，提供一种可以大大降低硬开关损耗，提升逆变器开关频率，提高效率并降低电磁干扰的逆变器软开关控制电路和包括该逆变器软开关控制电路的逆变器。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种逆变器软开关控制电路，包括:
[0006]设置在逆变器的第一主开关管模块和辅助开关管模块之间的第一辅助软开关模块；
[0007]设置在所述逆变器的第二主开关管模块和所述辅助开关管模块之间的第二辅助软开关模块；
[0008]基于所述第一辅助软开关模块的开通和关闭在输出电压的正半周期实现所述第一主开关管模块和第一辅助软开关模块的软开关，基于所述第二辅助软开关模块的开通和关闭在输出电压的负半周期实现所述第二主开关管模块和第二辅助软开关模块的软开关。
[0009]在本发明所述的逆变器软开关控制电路中，所述第一辅助软开关模块包括:第一辅助软开关管、第一软开关二极管和第一辅助电感，所述第一辅助软开关管的第三端连接控制信号、第一端经所述第一辅助电感连接所述辅助开关管模块的第一端、第二端连接所述的第一主开关管模块的第一端，所述第一软开关二极管的阳极连接所述辅助开关管模块的第二端、阴极连接所述第一辅助软开关管的第一端。
[0010]在本发明所述的逆变器软开关控制电路中，所述第一辅助软开关模块进一步包括:第二软开关二极管和第一辅助电容，所述第二软开关二极管的阴极连接所述第一软开关二极管的阳极、阳极连接所述辅助开关管模块的所述第二端，所述第一辅助电容连接到所述第二软开关二极管的阴极和所述辅助开关管模块的所述第一端之间。
[0011]在本发明所述的逆变器软开关控制电路中，所述第二辅助软开关模块包括:第二辅助软开关管、第三辅助软开关二极管和第二辅助电感，所述第二辅助软开关管的第三端连接控制信号、第二端经所述第二辅助电感连接所述辅助开关管模块的第三端、第一端连接所述的第二主开关管模块的第一端，所述第三辅助软开关二极管的阳极连接所述第二辅助软开关管的第二端、阴极连接所述辅助开关管模块的第二端。
[0012]在本发明所述的逆变器软开关控制电路中，所述第二辅助软开关模块进一步包括:第四辅助软开关二极管和第二辅助电容，所述第四辅助软开关二极管的阳极连接所述第三辅助软开关二极管的阴极、阴极连接所述辅助开关管模块的所述第二端，所述第二辅助电容连接到所述第四辅助软开关二极管的阳极和所述辅助开关管模块的所述第三端之间。
[0013]在本发明所述的逆变器软开关控制电路中，在输出电压的正半周期，开启所述辅助开关管模块且关闭所述第一主开关管模块、所述辅助开关管模块第一时间，接着关闭所述辅助开关管模块、所述第一辅助软开关模块和所述第一主开关管模块第二时间，接着开启所述第一辅助软开关模块且关闭所述第一主开关管模块和所述第一辅助软开关模块第三时间，随后开启所述第一辅助软开关模块和所述第一主开关管模块且关闭所述第一辅助软开关模块第四时间，再开启所述第一主开关管模块且关闭所述第一辅助软开关模块和所述辅助开关管模块第五时间，最后关闭所述第一主开关管模块、所述辅助开关管模块和所述第一辅助软开关模块第六时间；在输出电压的负半周期，开启所述辅助开关管模块且关闭所述第二主开关管模块、所述辅助开关管模块第一时间，接着关闭所述辅助开关管模块、所述第二辅助软开关模块和所述第二主开关管模块第二时间，接着开启所述第二辅助软开关模块且关闭所述第二主开关管模块和所述第二辅助软开关模块第三时间，随后开启所述第二辅助软开关模块和所述第二主开关管模块且关闭所述第二辅助软开关模块第四时间，再开启所述第二主开关管模块且关闭所述第二辅助软开关模块和所述辅助开关管模块第五时间，最后关闭所述第二主开关管模块、所述辅助开关管模块和所述第二辅助软开关模块第六时间。
[0014]在本发明所述的逆变器软开关控制电路中，所述第三时间小于所述第四时间和所述第五时间之和，所述第五时间大于0，所述第一时间、所述第二时间、所述第三时间、所述第四时间、所述第五时间和所述第六时间之和为一个完整的开关周期。
[0015]本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种逆变器，包括第一主开关管模块、第二主开关管模块、辅助开关管模块和上述的逆变器软开关控制电路。
[0016]在本发明所述的逆变器中，所述第一主开关管模块包括第一主开关管和第一主电容，所述第一主开关管的第三端连接控制信号、第一端连接所述辅助开关管模块、第二端连接第一辅助软开关模块，所述第一主电容连接到所述第一主开关管的第二端和第一端之间；所述第二主开关管模块包括第二主开关管和第二主电容，所述第二主开关管的第三端连接控制信号、第二端连接所述辅助开关管模块、第一端连接第一辅助软开关模块，所述第一主电容连接到所述第一主开关管的第二端和第一端之间。
[0017]在本发明所述的逆变器中，所述辅助开关管模块包括第一辅助开关管、第一辅助二极管、第二辅助开关管和第二辅助二极管，所述第一辅助开关管和所述第二辅助开关管的第三端连接控制信号，所述第一辅助开关管的第一端连接所述第二辅助开关管的第二端，所述第一辅助开关管的第二端连接所述第一辅助二极管的阴极、所述第一辅助二极管的阳极连接所述第二辅助二极管的阴极，所述第二辅助二极管的阳极连接所述第二辅助开关管的第一端。
[0018]实施本发明的逆变器软开关控制电路和包括该逆变器软开关控制电路的逆变器，通过第一和第二辅助软开关模块的开通和关闭分别在正负周期实现逆变器的主开关管模块和辅助软开关模块的软开关，进而可以大大降低硬开关损耗，提升逆变器开关频率，提高效率并降低电磁干扰。
【附图说明】
[0019]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0020]图1是本发明的逆变器的原理框图；
[0021]图2是本发明的逆变器软开关控制电路的第一实施例的电路原理图；
[0022]图3是本发明的逆变器软开关控制电路的第二实施例的电路原理图；
[0023]图4是包括图2所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第一实施例的电路原理图；
[0024]图5是包括图2所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第二实施例的电路原理图；
[0025]图6是包括图3所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第三实施例的电路原理图；
[0026]图7是包括图3所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第四实施例的电路原理图；
[0027]图8是图4所示的逆变器在输出电压的正半周的控制波形图。
【具体实施方式】
[0028]图1是本发明的逆变器的原理框图。如图1所示，本发明的逆变器100包括第一主开关管模块110、第二主开关管模块120、辅助开关管模块130和逆变器软开关控制电路。其中逆变器软开关控制电路包括第一辅助软开关模块140和第二辅助软开关模块150。如图1所示，所述第一辅助软开关模块140设置在第一主开关管模块110和辅助开关管模块130之间。第二辅助软开关模块150设置在所述逆变器的第二主开关管模块120和所述辅助开关管模块130之间。在本发明中，所述第一辅助软开关模块140和第二辅助软开关模块150可以在输出电压的整个周期内开启和关闭的，从而基于所述第一辅助软开关模块140的开通和关闭在输出电压的正半周期实现所述第一主开关管模块110和所述第一辅助软开关模块140的软开关，且基于所述第二辅助软开关模块150的开通和关闭在输出电压的负半周期实现所述第二主开关管模块120和第二辅助软开关模块150的软开关。
[0029]本领域技术人员知悉，在本发明中，任何已知逆变器中的主开关管模块和辅助开关管模块均可以用于实现本发明的第一主开关管模块110、第二主开关管模块120、辅助开关管模块130。在本发明中，第一辅助软开关模块140和第二辅助软开关模块150可以包括任何可以受控间隙性开关的开关管模块。在本发明的图2-3所示的实施例中，示出了本发明的逆变器软开关控制电路的优选实施例。本领域技术人员知悉，除了本发明图2-3示出的实施例以外，还可以采用其他的任何可以在正负周期分别实现主开关管模块和辅助软开关模块的软开关的开关管模块。
[0030]实施本发明的逆变器，通过第一和第二辅助软开关模块的开通和关闭分别在正负周期实现逆变器的主开关管模块和辅助软开关模块的软开关，进而可以大大降低硬开关损耗，提升逆变器开关频率，提高效率并降低电磁干扰。
[0031]图2是本发明的逆变器软开关控制电路的第一实施例的电路原理图。逆变器软开关控制电路包括第一辅助软开关模块140和第二辅助软开关模块150(参见图1)。如图2所示，所述第一辅助软开关模块140包括辅助软开关管QAUXl、软开关二极管Dl和辅助电感Lrl0所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管Q_AUX2、软开关二极管D2和辅助电感Lr2。如图2所示，所述辅助软开关管Q_AUX1的栅极连接控制信号、源极经所述辅助电感Lrl连接所述辅助开关管模块130的第一端(即图2所示的A端)、漏极连接所述的第一主开关管模块110的第一端(即图2所示的总线端FR0M_BUS+)。所述软开关二极管Dl的阳极连接所述辅助开关管模块130的第二端(即图2所示的N端)、阴极连接所述辅助软开关管Q AUXl的源极。进一步如图2所示，所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管Q_AUX2、软开关二极管D2和辅助电感Lr2。所述辅助软开关管Q_AUX2的栅极连接控制信号、漏极经所述辅助电感Lr2连接所述辅助开关管模块130的第三端(即图2所示的A’端)、源极连接所述的第二主开关管模块120的第一端(即图2所示的总线端FR0MBUS-)。所述软开关二极管D2的阳极连接所述辅助软开关管Q_AUX2的漏极、阴极连接所述辅助开关管模块130的第二端(即图2所示的N端)。
[0032]在本实施例中，通过在第一主开关管模块110和辅助开关管模块130之间直接或者间接连接该第一辅助软开关模块140，通过辅助软开关管Q_AUX1的受控开启和关闭，可以实现第一主开关管模块110和第一辅助软开关模块140的软开关效果。此外，软开关二极管Dl可以将辅助软开关管Q AUXl和辅助电感Lrl的中点最低电平钳位在N线附近，用于吸收辅助软开关管Q_AUX1的电压应力尖峰。同理，通过在第二主开关管模块120和辅助开关管模块130之间直接或者间接连接该第二辅助软开关模块150，通过辅助软开关管QAUX2的受控开启和关闭，可以实现第二主开关管模块120和第二辅助软开关模块150的软开关效果。此外，软开关二极管D2可以将辅助软开关管Q AUX2和辅助电感Lr2的中点最低电平钳位在N线附近，用于吸收辅助软开关管QAUX2的电压应力尖峰。
[0033]图3是本发明的逆变器软开关控制电路的第二实施例的电路原理图。逆变器软开关控制电路包括第一辅助软开关模块140和第二辅助软开关模块150(参见图1)。如图3所示，所述第一辅助软开关模块140包括辅助软开关管QAUX1、软开关二极管D1-D2、辅助电感Lrl和辅助电容Crl。所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管Q_AUX2、软开关二极管D3-D4、辅助电感Lr2和辅助电容Cr2。如图3所示，所述辅助软开关管Q_AUX1的栅极连接控制信号、源极经所述辅助电感Lrl连接所述辅助开关管模块130的第一端(即图3所示的A端)、漏极连接所述的第一主开关管模块110的第一端(即图3所示的总线端FR0M_BUS+)。所述软开关二极管Dl的阳极连接软开关二极管D2的阴极、阴极连接所述辅助软开关管Q_AUX1的源极。软开关二极管D2的阳极连接所述辅助开关管模块130的第二端(即图3所示的N端)。辅助电容Crl连接到所述软开关二极管D2的阴极和所述辅助开关管模块130的所述第一端之间(即图3所示的A端)。
[0034]进一步如图3所示，所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管QAUX2、软开关二极管D3-D4、辅助电感Lr2和辅助电容Cr2。所述辅助软开关管Q_AUX2的栅极连接控制信号、漏极经所述辅助电感Lr2连接所述辅助开关管模块130的第三端(即图3所示的A’端)、源极连接所述的第二主开关管模块120的第一端(即图3所示的总线端FROM_BUS-)。所述软开关二极管D4的阳极连接所述辅助软开关管Q_AUX1的漏极、阴极连接所述软开关二极管D3的阴极，所述软开关二极管D3的阴极连接所述辅助开关管模块130的第二端(即图3所示的N端)。辅助电容Cr2连接到所述软开关二极管D3的阳极和所述辅助开关管模块130的所述第三端之间(即图3所示的A’端)。
[0035]在本实施例中，通过在第一主开关管模块110和辅助开关管模块130之间直接或者间接连接该第一辅助软开关模块140，通过辅助软开关管Q_AUX1的受控开启和关闭，可以实现第一主开关管模块110和第一辅助软开关模块140的软开关效果。此外，软开关二极管Dl可以将辅助软开关管Q AUXl和辅助电感Lrl的中点最低电平钳位在N线附近，用于吸收辅助软开关管Q_AUX1的电压应力尖峰。同理，通过在第二主开关管模块120和辅助开关管模块130之间直接或者间接连接该第二辅助软开关模块150，通过辅助软开关管QAUX2的受控开启和关闭，可以实现第二主开关管模块120和第二辅助软开关模块150的软开关效果。此外，软开关二极管D2可以将辅助软开关管Q_AUX2和辅助电感Lr2的中点最低电平钳位在N线附近，用于吸收辅助软开关管QAUX2的电压应力尖峰。
[0036]进一步地，在本实施例中，通过在辅助电感Lrl和软开关二极管Dl上连接辅助电容Crl和软开关二极管D2，可以构成单相谐振，可以实现第一主开关管模块110和辅助开关管模块130的单相软开关效果。同理，通过在辅助电感Lr2和软开关二极管D4上连接辅助电容Cr2和软开关二极管D4，可以构成单相谐振，可以实现第二主开关管模块120和辅助开关管模块130的单相软开关效果。
[0037]图4是包括图2所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第一实施例的电路原理图。参见图1可知，本发明的逆变器100包括第一主开关管模块110、第二主开关管模块120、辅助开关管模块130和逆变器软开关控制电路。如图4所示，第一主开关管模块110包括主开关管Ql和主电容C4。第二主开关管模块120包括主开关管Q2和主电容C5。所述辅助开关管模块130包括辅助开关管Q3、辅助二极管Dl、辅助开关管Q4和辅助二极管D2。所述第一辅助软开关模块140包括辅助软开关管Q_AUX1、软开关二极管D3和辅助电感Lrl。所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管Q_AUX2、软开关二极管D4和辅助电感Lr2。
[0038]如图4所示，所述主开关管Ql、Q2、辅助软开关管Q_AUX1和Q_AUX2、辅助开关管Q3、Q4的栅极均连接控制信号、所述主开关管Ql的源极连接所述辅助开关管模块130和主开关管Q2的漏极、漏极连接正母线。所述主电容C4连接到所述主开关管Ql的漏极和源极之间。主开关管Q2的源极连接负母线。所述主电容C5连接到所述主开关管Q2的漏极和源极之间。所述辅助开关管Q3的源极连接所述辅助开关管Q4的漏极和所述主开关管Ql的源极。所述辅助开关管Q3的漏极连接到A端。所述辅助二极管Dl的阴极也连接到A端。所述辅助二极管Dl的阳极和所述辅助二极管D2的阴极连接到N端。辅助二极管D2的阳极和所述辅助开关管Q4的源极连接到A’端。辅助软开关管Q_AUX1的源极经所述辅助电感Lrl连接到A端、漏极连接正母线。所述软开关二极管D3的阳极连接到N端、阴极连接所述辅助软开关管Q AUXl的源极。所述辅助软开关管Q_AUX2的漏极经所述辅助电感Lr2连接到A’端、源极连接负母线。所述软开关二极管D4的阳极连接所述辅助软开关管QAUX2的漏极、阴极连接到N端。在本发明的优选实施例中，滤波电容Cl连接到正母线和N端之间，滤波电容C2连接到负母线和N端之间。滤波电感LI的一端连接到主开关管Ql的源极和主开关管Q2的漏极，另一端连接输出模块。输出模块可以包括输出电容C3和负载Load。
[0039]图8是图4所示的逆变器在输出电压的正半周的控制波形图。下面结合图4和8对本发明的包括逆变器软开关控制电路的逆变器原理说明如下。
[0040]以输出电压正半周为例，假设初始状态的辅助二极管Dl导通，其作为续流二极管将导通辅助开关管Q4，而辅助软开关管Q_AUX1和主开关管Ql关断第一时间。接着，关闭辅助开关管Q4、辅助软开关管Q_AUX1和主开关管Ql第二时间a。随后开启辅助软开关管Q_AUXl且关闭辅助开关管Q4和主开关管Ql第三时间tl。此时，主电容C4的能量向辅助电感Lrl转移，因为辅助电感Lrl限制了辅助软开关管Q_AUX1电流上升的di/dt，所以辅助软开关管Q_AUX1实现了零电流开通。同时辅助电感Lrl也降低了辅助二极管Dl电流下降的di/dt，有效的抑制了辅助二极管Dl的反向恢复电流，实现了辅助二极管Dl的软恢复。因此，在主开关管Ql开启前完成了主电容C4能量释放、辅助二极管Dl电流缓慢到零，因此在主开关管Ql开启时辅助电感Lrl和滤波电感LI的电流相等且不能突变，此时主开关管Ql的电压也被辅助电感Lr I钳位，所以主开关管Ql也实现了零电流低电压开通。随后开启辅助软开关管Q_AUX1和主开关管Ql且关闭辅助开关管Q4第四时间t2。随后，开启主开关管Ql且关闭辅助开关管Q4和软开关管Q_AUX1第五时间to。此时，辅助电感Lrl的能量通过主开关管Ql反并联二极管D3回到母线侧。由于主电容C4的存在，实现了主开关管Ql的零电压关断。
[0041]在本发明中，为了更好地满足主开关管Ql的软开关，tl>1XLr/U，其中1为滤波电感LI的电流，U为母线电压，Lr为辅助电感Lrl的电感。通常，为了不影响输出指标，tl<Ton, t2<Ton, t3〈〈T。其中 Ton = to+t2，T 表示整个开关周期。
[0042]负半周工作原理与正半周各期间工作原理相同，基于本发明的教导，本领域技术人员能够了解在负半周的工作原理，因此不再赘述。
[0043]图5是包括图3所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第二实施例的电路原理图。参见图1可知，本发明的逆变器100包括第一主开关管模块110、第二主开关管模块120、辅助开关管模块130和逆变器软开关控制电路。如图5所示，第一主开关管模块110包括主开关管Ql和主电容C4。第二主开关管模块120包括主开关管Q2和主电容C5。所述辅助开关管模块130包括辅助开关管Q3、辅助二极管Dl、辅助开关管Q4和辅助二极管D2。所述第一辅助软开关模块140包括辅助软开关管Q_AUX1、软开关二极管D3和辅助电感Lrl。所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管Q_AUX2、软开关二极管D4和辅助电感Lr2。
[0044]如图5所示，所述主开关管Ql、Q2、辅助软开关管Q_AUX1和Q_AUX2、辅助开关管Q3、Q4的栅极均连接控制信号、所述主开关管Ql的源极连接A端、漏极连接正母线。所述主电容C4连接到所述主开关管Ql的漏极和源极之间。主开关管Q2的源极连接负母线、漏极连接A’端。所述主电容C5连接到所述主开关管Q2的漏极和源极之间。所述辅助开关管Q3的源极连接所述辅助开关管Q4的漏极、漏极连接到A端。所述辅助二极管Dl的阴极也连接到A端。所述辅助二极管Dl的阳极和所述辅助二极管D2的阴极连接到N端。辅助二极管D2的阳极和所述辅助开关管Q4的源极连接到A’端。辅助软开关管Q_AUX1的源极经所述辅助电感Lrl连接到A端、漏极连接正母线。所述软开关二极管D3的阳极连接到N端、阴极连接所述辅助软开关管Q AUXl的源极。所述辅助软开关管Q_AUX2的漏极经所述辅助电感Lr2连接到A’端、源极连接负母线。所述软开关二极管D4的阳极连接所述辅助软开关管QAUX2的漏极、阴极连接到N端。在本发明的优选实施例中，滤波电容Cl连接到正母线和N端之间，滤波电容C2连接到负母线和N端之间。滤波电感LI的一端连接到辅助关管Q3的源极和辅助开关管Q4的漏极，另一端连接输出模块。输出模块可以包括输出电容C3和负载Load。
[0045]图5所示的逆变器的工作原理与图4所示的逆变器的工作原理相同，基于本发明的教导，本领域技术人员能够了解在其工作原理，因此不再赘述。
[0046]图6是包括图3所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第三实施例的电路原理图。参见图1可知，本发明的逆变器100包括第一主开关管模块110、第二主开关管模块120、辅助开关管模块130和逆变器软开关控制电路。如图6所示，第一主开关管模块110包括主开关管Ql和主电容C4。第二主开关管模块120包括主开关管Q2和主电容C5。所述辅助开关管模块130包括辅助开关管Q3、辅助二极管D1、辅助开关管Q4和辅助二极管D2。所述第一辅助软开关模块140包括辅助软开关管Q_AUX1、软开关二极管Drl、Dr2、辅助电容Crl和辅助电感Lrl。所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管Q_AUX2、软开关二极管Dr3、Dr4、辅助电容Cr2和辅助电感Lr2。
[0047]如图6所示，所述主开关管Ql、Q2、辅助软开关管Q_AUX1和Q_AUX2、辅助开关管Q3、Q4的栅极均连接控制信号、所述主开关管Ql的源极连接所述辅助开关管模块130和主开关管Q2的漏极、漏极连接正母线。所述主电容C4连接到所述主开关管Ql的漏极和源极之间。主开关管Q2的源极连接负母线。所述主电容C5连接到所述主开关管Q2的漏极和源极之间。所述辅助开关管Q3的源极连接所述辅助开关管Q4的漏极和所述主开关管Ql的源极。所述辅助开关管Q3的漏极连接到A端。所述辅助二极管Dl的阴极也连接到A端。所述辅助二极管Dl的阳极和所述辅助二极管D2的阴极连接到N端。辅助二极管D2的阳极和所述辅助开关管Q4的源极连接到A’端。辅助软开关管Q_AUX1的源极经所述辅助电感Lrl连接到A端、漏极连接正母线。所述软开关二极管Drl的阳极连接到N端、阴极连接软开关二极管Dr2的阳极、软开关二极管Dr2的阴极连接所述辅助软开关管Q_AUX1的源极。辅助电容Crl连接到A端和软开关二极管Drl的阴极。所述辅助软开关管Q_AUX2的漏极经所述辅助电感Lr2连接到A’端、源极连接负母线。所述软开关二极管Dr4的阳极连接所述辅助软开关管Q_AUX2的漏极、阴极连接到软开关二极管Dr3的阳极，而软开关二极管Dr3的阴极连接N端。在本发明的优选实施例中，滤波电容Cl连接到正母线和N端之间，滤波电容C2连接到负母线和N端之间。滤波电感LI的一端连接到主开关管Ql的源极和主开关管Q2的漏极，另一端连接输出模块。输出模块可以包括输出电容C3和负载Load。
[0048]下面对图6所示的本发明的包括逆变器软开关控制电路的逆变器原理说明如下。
[0049]在本实施例中，以输出电压正半周为例，假设初始状态的辅助二极管Dl导通，其作为续流二极管将导通辅助开关管Q4，而辅助软开关管Q_AUX1和主开关管Ql关断第一时间。接着，关闭辅助开关管Q4、辅助软开关管Q_AUX1和主开关管Ql第二时间a。随后开启辅助软开关管Q_AUX1且关闭辅助开关管Q4和主开关管Ql第三时间tl。此时，主电容C4的能量向辅助电感Lrl转移，因为辅助电感Lrl限制了辅助软开关管Q_AUX1电流上升的di/dt，所以辅助软开关管Q_AUX1实现了零电流开通。同时辅助电感Lrl也降低了辅助二极管Dl电流下降的di/dt，有效的抑制了辅助二极管Dl的反向恢复电流，实现了辅助二极管Dl的软恢复。因此，在主开关管Ql开启前完成了主电容C4能量释放、辅助二极管Dl电流缓慢到零，因此在主开关管Ql开启时辅助电感Lrl和滤波电感LI的电流相等且不能突变，此时主开关管Ql的电压也被辅助电感Lr钳位，所以主开关管Ql也实现了零电流低电压开通。随后开启辅助软开关管Q_AUX1和主开关管Ql且关闭辅助开关管Q4第四时间t2。随后，开启主开关管Ql且关闭辅助开关管Q4和辅助软开关管Q AUXl第五时间to。此时，辅助电感Lrl和辅助电容Crl发生谐振。此时主开关管Ql将辅助软开关管Q_AUX1的一端钳位在辅助电容Crl的一端，软开关二极管Dr2将辅助软开关管Q_AUX1的另一端钳位在辅助电容Crl的另一端。所以辅助软开关管Q_AUX1端电压接近于辅助电容Crl电压，实现了零电压关断。若辅助电感Lrl、辅助电容Crl设计得当，在一定的负载下，谐振1/4周期后辅助电容Crl上的电压与母线电压相近。当主开关管Ql关断时刻，主开关Ql的一端固定在正母线BUS+，主开关管Ql的另一端通过软开关二极管Dr3、辅助电容Crl钳位在辅助电容Crl电位，这个过程能够比主电容C4更有效的保证主开关管Ql的零电压关断效果，在轻载时由于辅助电容Crl谐振电压较低，由主电容C4来实现主开关管Ql零电压关断。
[0050]在本发明中，为了更好地满足主开关管Ql的软开关，tl>1XLr/U，其中1为滤波电感LI的电流，U为母线电压，Lr为辅助电感Lrl的电感。通常，为了不影响输出指标，tKTon, t2<Ton, t3〈〈T。其中Ton = to+t2，T表示整个开关周期。在本发明的优选实施例中，为了保证续流二极管软恢复效果，其电流变化斜率一般应小于20?30A/US，即U/LK20?30A/US ;为了实现主开关管Ql的零电压关断，在辅助电感Lrl与辅助电容Crl谐振后，辅助电容Crl应该尽量满足电压达到U，即CrKLX Ι0~2/ΙΓ2。t2时间内只要保证主开关管Ql完全开通即可，大约在10ns?5us，可视具体应用而定；在一个开关周期内，可以基本认为滤波电感LI是一个恒流源1，即辅助电容Crl以1恒流放电，因此t3>Crl X U/1。
[0051]负半周工作原理与正半周各期间工作原理相同，基于本发明的教导，本领域技术人员能够了解在负半周的工作原理，因此不再赘述。
[0052]图7是包括图3所示的逆变器软开关控制电路的逆变器的第四实施例的电路原理图。参见图1可知，本发明的逆变器100包括第一主开关管模块110、第二主开关管模块120、辅助开关管模块130和逆变器软开关控制电路。如图7所示，第一主开关管模块110包括主开关管Ql和主电容C4。第二主开关管模块120包括主开关管Q2和主电容C5。所述辅助开关管模块130包括辅助开关管Q3、辅助二极管D1、辅助开关管Q4和辅助二极管D2。所述第一辅助软开关模块140包括辅助软开关管Q_AUX1、软开关二极管Drl、Dr2、辅助电容Crl和辅助电感Lrl。所述第二辅助软开关模块150包括:辅助软开关管Q_AUX2、软开关二极管Dr3、Dr4、辅助电容Cr2和辅助电感Lr2。
[0053]如图7所示，所述主开关管Ql、Q2、辅助软开关管Q_AUX1和Q_AUX2、辅助开关管Q3、Q4的栅极均连接控制信号。所述主开关管Ql的源极连接A端、漏极连接正母线。所述主电容C4连接到所述主开关管Ql的漏极和源极之间。主开关管Q2的源极连接负母线、漏极连接A’端。所述主电容C5连接到所述主开关管Q2的漏极和源极之间。所述辅助开关管Q3的源极连接所述辅助开关管Q4的漏极、漏极连接到A端。所述辅助二极管Dl的阴极也连接到A端。所述辅助二极管Dl的阳极和所述辅助二极管D2的阴极连接到N端。辅助二极管D2的阳极和所述辅助开关管Q4的源极连接到A’端。辅助软开关管Q_AUX1的源极经所述辅助电感Lrl连接到A端、漏极连接正母线。所述软开关二极管Drl的阳极连接到N端、阴极软开关二极管Dr2的阳极，软开关二极管Dr2的阴极连接所述辅助软开关管QAUXl的源极。所述辅助软开关管Q_AUX2的漏极经所述辅助电感Lr2连接到A’端、源极连接负母线。所述软开关二极管Dr4的阳极连接所述辅助软开关管Q_AUX2的漏极、阴极连接到软开关二极管Dr3的阳极。软开关二极管Dr3的阴极连接到N端。在本发明的优选实施例中，滤波电容Cl连接到正母线和N端之间，滤波电容C2连接到负母线和N端之间。滤波电感LI的一端连接到辅助关管Q3的源极和辅助开关管Q4的漏极，另一端连接输出模块。输出模块可以包括输出电容C3和负载Load。
[0054]图7所示的逆变器的工作原理与图6所示的逆变器的工作原理相同，基于本发明的教导，本领域技术人员能够了解在其工作原理，因此不再赘述。
[0055]本领域技术人员知悉，虽然在本发明中全部的开关管均采用场效应管为例进行说明，但是其他开关管，例如绝缘栅型晶体管均可以用于实现本发明。
[0056]实施本发明的逆变器软开关控制电路和包括该逆变器软开关控制电路的逆变器，通过第一和第二辅助软开关模块的开通和关闭分别在正负周期实现逆变器的主开关管模块和辅助软开关模块的软开关，进而可以大大降低硬开关损耗，提升逆变器开关频率，提高效率并降低电磁干扰。
[0057]虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
【主权项】
1.一种逆变器软开关控制电路，其特征在于，包括: 设置在逆变器的第一主开关管模块和辅助开关管模块之间的第一辅助软开关模块； 设置在所述逆变器的第二主开关管模块和所述辅助开关管模块之间的第二辅助软开关丰吴块； 基于所述第一辅助软开关模块的开通和关闭在输出电压的正半周期实现所述第一主开关管模块和所述第一辅助软开关模块的软开关，基于所述第二辅助软开关模块的开通和关闭在输出电压的负半周期实现所述第二主开关管模块和所述第二辅助软开关模块的软开关。2.根据权利要求1所述的逆变器软开关控制电路，其特征在于，所述第一辅助软开关模块包括:第一辅助软开关管、第一软开关二极管和第一辅助电感，所述第一辅助软开关管的第三端连接控制信号、第一端经所述第一辅助电感连接所述辅助开关管模块的第一端、第二端连接所述的第一主开关管模块的第一端，所述第一软开关二极管的阳极连接所述辅助开关管模块的第二端、阴极连接所述第一辅助软开关管的第一端。3.根据权利要求2所述的逆变器软开关控制电路，其特征在于，所述第一辅助软开关模块进一步包括:第二软开关二极管和第一辅助电容，所述第二软开关二极管的阴极连接所述第一软开关二极管的阳极、阳极连接所述辅助开关管模块的所述第二端，所述第一辅助电容连接到所述第二软开关二极管的阴极和所述辅助开关管模块的所述第一端之间。4.根据权利要求1所述的逆变器软开关控制电路，其特征在于，所述第二辅助软开关模块包括:第二辅助软开关管、第三辅助软开关二极管和第二辅助电感，所述第二辅助软开关管的第三端连接控制信号、第二端经所述第二辅助电感连接所述辅助开关管模块的第三端、第一端连接所述的第二主开关管模块的第一端，所述第三辅助软开关二极管的阳极连接所述第二辅助软开关管的第二端、阴极连接所述辅助开关管模块的第二端。5.根据权利要求4所述的逆变器软开关控制电路，其特征在于，所述第二辅助软开关模块进一步包括:第四辅助软开关二极管和第二辅助电容，所述第四辅助软开关二极管的阳极连接所述第三辅助软开关二极管的阴极、阴极连接所述辅助开关管模块的所述第二端，所述第二辅助电容连接到所述第四辅助软开关二极管的阳极和所述辅助开关管模块的所述第三端之间。6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的逆变器软开关控制电路，其特征在于，在输出电压的正半周期，开启所述辅助开关管模块且关闭所述第一主开关管模块、所述辅助开关管模块第一时间，接着关闭所述辅助开关管模块、所述第一辅助软开关模块和所述第一主开关管模块第二时间，接着开启所述第一辅助软开关模块且关闭所述第一主开关管模块和所述第一辅助软开关模块第三时间，随后开启所述第一辅助软开关模块和所述第一主开关管模块且关闭所述第一辅助软开关模块第四时间，再开启所述第一主开关管模块且关闭所述第一辅助软开关模块和所述辅助开关管模块第五时间，最后关闭所述第一主开关管模块、所述辅助开关管模块和所述第一辅助软开关模块第六时间；在输出电压的负半周期，开启所述辅助开关管模块且关闭所述第二主开关管模块、所述辅助开关管模块第一时间，接着关闭所述辅助开关管模块、所述第二辅助软开关模块和所述第二主开关管模块第二时间，接着开启所述第二辅助软开关模块且关闭所述第二主开关管模块和所述第二辅助软开关模块第三时间，随后开启所述第二辅助软开关模块和所述第二主开关管模块且关闭所述第二辅助软开关模块第四时间，再开启所述第二主开关管模块且关闭所述第二辅助软开关模块和所述辅助开关管模块第五时间，最后关闭所述第二主开关管模块、所述辅助开关管模块和所述第二辅助软开关模块第六时间。7.根据权利要求6所述逆变器软开关控制电路，其特征在于，所述第三时间小于所述第四时间和所述第五时间之和，所述第五时间大于O，所述第一时间、所述第二时间、所述第三时间、所述第四时间、所述第五时间和所述第六时间之和为一个完整的开关周期。8.一种逆变器，包括第一主开关管模块、第二主开关管模块、辅助开关管模块和根据权利要求1-7中任意一项所述的逆变器软开关控制电路。9.根据权利要求8所述逆变器，其特征在于，所述第一主开关管模块包括第一主开关管和第一主电容，所述第一主开关管的第三端连接控制信号、第一端连接所述辅助开关管模块、第二端连接第一辅助软开关模块，所述第一主电容连接到所述第一主开关管的第二端和第一端之间；所述第二主开关管模块包括第二主开关管和第二主电容，所述第二主开关管的第三端连接控制信号、第二端连接所述辅助开关管模块、第一端连接第一辅助软开关模块，所述第一主电容连接到所述第一主开关管的第二端和第一端之间。10.根据权利要求8所述逆变器，其特征在于，所述辅助开关管模块包括第一辅助开关管、第一辅助二极管、第二辅助开关管和第二辅助二极管，所述第一辅助开关管和所述第二辅助开关管的第三端连接控制信号，所述第一辅助开关管的第一端连接所述第二辅助开关管的第二端，所述第一辅助开关管的第二端连接所述第一辅助二极管的阴极、所述第一辅助二极管的阳极连接所述第二辅助二极管的阴极，所述第二辅助二极管的阳极连接所述第二辅助开关管的第一端。
【文档编号】H02M7/537GK105827127SQ201510011321
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月9日
【发明人】倪同, 袁利杰, 葛磊
【申请人】艾默生网络能源有限公司