本实用新型涉及DC-AC-DC变流电路领域，具体涉及一种三电平半桥软开关变流电路、焊机、电解水电源和充电机。
背景技术：
传统的两电平变流电路，具有拓扑结构简单、易于控制等优点，广泛应用于各种DC-AC-DC变流电路中。但两电平变流电路也存在着开关管耐压值要求高，开关应力大，频率提升困难等问题，在高电压输入场合，受到了较大限制。三电平逆变电路由于开关管承受电压值为两电平逆变电路的一半，开关应力小，更容易实现高频，在高电压输入场合下，应用优势明显。
常规三电平半桥逆变拓扑多采用硬开关的开关方式，开关损耗较大，限制了开关频率的进一步提升。中国专利102255548A虽然采用了软开关的拓扑形式，但各开关管在关断时均为硬关断，只能够实现零电压导通，软开关效果较差。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种三电平半桥软开关变流电路，该电路能够使各开关管在导通关断时均处于软开关状态，并提供了使用上述电路的焊机、电解水电源和充电机。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种三电平半桥软开关变流电路，包括输入分压电路、三电平半桥逆变电路、变压器、饱和电感、隔直电容和输出电路，所述输入分压电路与三电平半桥逆变电路并联，所述三电平半桥逆变电路包括开关管桥臂电路和开关管钳位电路，所述开关管钳位电路中点与输入分压电路中点相连，所述变压器原边、饱和电感和隔直电容串联，串联后其一端与所述开关管桥臂电路中点相连，另一端与输入分压电路中点相连，所述变压器副边与输出电路相连。
进一步的，所述输入分压电路包括2个输入电容，所述输入电容串联连接。
进一步的，所述开关管桥臂电路包括串联连接的开关管上桥臂电路和开关管下桥臂电路，所述开关管钳位电路一端与开关管上桥臂中点相连，另一端与开关管下桥臂中点相连。
进一步的，所述开关管桥臂电路包括4个带有反并联二极管的开关管，所述开关管依次串联，上面两个开关管组成开关管上桥臂，下面两个开关管组成开关管下桥臂。
进一步的，所述开关管钳位电路包括2个钳位二极管，所述钳位二极管串联连接。
进一步的，所述三电平半桥逆变电路的各开关管两端分别并联有电容。
进一步的，所述钳位电路两端并联设置有飞跨电容。
一种焊机，包括如上所述的任一种三电平半桥软开关变流电路。
一种电解水电源，包括如上所述的任一种三电平半桥软开关变流电路。
一种充电机，包括如上所述的任一种三电平半桥软开关变流电路。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供了一种三电平半桥软开关变流电路，能够使各开关管在导通关断时均处于软开关状态；
本实用新型利用三电平半桥逆变电路的部分开关管可以受到输入电容电压钳位的特性，通过控制方法实现各开关管动态电压钳位的效果，同时，配合饱和电感和隔直电容实现软开关的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本实用新型一种三电平半桥软开关变流电路典型拓扑结构原理图；
图2是本实用新型实施例2的电路原理图；
图3是本实用新型实施例3的电路原理图；
图4是本实用新型各开关管导通、关断时序图；
图5为本实用新型典型拓扑结构下工作模式1阶段等效电路及电流回路图；
图6为本实用新型典型拓扑结构下工作模式2阶段等效电路及电流回路图；
图7为本实用新型典型拓扑结构下工作模式3阶段等效电路及电流回路图；
图8为本实用新型典型拓扑结构下工作模式4阶段等效电路及电流回路图；
图9为本实用新型典型拓扑结构下工作模式5阶段等效电路及电流回路图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在常规三电平半桥逆变拓扑多采用硬开关的开关方式，开关损耗较大，限制了开关频率的进一步提升的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提供了一种三电平半桥软开关变流电路，该电路能够使各开关管在导通关断时均处于软开关状态。
如图1所示，一种三电平半桥软开关变流电路，包括输入分压电路、三电平半桥逆变电路、变压器T、饱和电感Lx、隔直电容Cx和输出电路，所述输入分压电路与三电平半桥逆变电路并联，所述三电平半桥逆变电路包括开关管桥臂电路和开关管钳位电路，所述开关管钳位电路中点与输入分压电路中点O相连，所述变压器原边、饱和电感Lx和隔直电容Cx串联，串联后其一端与所述开关管桥臂电路中点A相连，另一端与输入分压电路中点O相连，所述变压器T副边与输出电路相连。
实施例一：
所述输入分压电路包括输入电容C1和输入电容C2，所述输入电容C1和输入电容C2串联连接。
所述三电平半桥逆变电路包括带有反并联二极管的开关管Q1～Q4以及钳位二极管D1和D2，所述开关管Q1～Q4依次串联，组成开关管桥臂电路，其中开关管Q1和开关管Q2组成开关管上桥臂电路，开关管Q3和开关管Q4组成开关管下桥臂电路，所述钳位二极管D1和D2串联连接，组成开关管钳位电路，所述开关管钳位电路一端(即D1的阴极)与开关管上桥臂中点相连，另一端(即D2的阳极)与开关管下桥臂中点相连。
所述饱和电感Lx采用铁氧体、非晶等磁芯进行无气隙装配，在小电流时电感量很大，随着电流增大，磁芯饱和，电感量变为很小。
所述三电平半桥软开关变流电路的具体控制方式为：开关管Q1与Q4为互补导通，开关管Q2与Q3为互补导通；开关管Q1和Q4进行PWM调制，Q2和Q3不进行PWM调制；开关管Q1和Q2在同一PWM周期导通和关断，其中，Q1超前关断，Q2滞后关断；开关管Q3和Q4在另一PWM周期导通和关断，其中，Q4超前关断，Q3滞后关断；开关管Q1～Q4的具体导通、关断时序如图4所示。本实用新型利用Q1和Q4可以受到输入电容C1或C2电压钳位的特性，实现各个开关管动态电压钳位的效果，同时，配合饱和电感Lx和隔直电容Cx实现软开关的效果。
实施例二：
如图2所示，本实用新型的实施例二为在实施例一的三电平半桥软开关变流电路的基础上，在三电平半桥逆变电路桥臂的各开关管两端分别并联电容，用于进一步地降低开关管的关断损耗。
本实施例的电路其他结构以及电路工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例三：
如图3所示，本实用新型的实施例三为在实施例一的三电平半桥软开关变流电路的基础上，在开关管钳位电路的两端并联飞跨电容Cs1，用以实现上下桥臂开关管的一对一换压，在使用更为简单的控制方式的前提下，实现开关管动态电压钳位，但会增加电路的复杂程度。
本实施例的电路其他结构以及电路工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。
在具体实施中，本实用新型在半个PWM周期里的工作模式如下：
工作模式1
如图5所示，开关管Q1、Q2处于导通状态，电流通路为O→C1→Q1→Q2→Lx→T→Cx→O，假设饱和电感在此阶段已经饱和，对电路的影响可以忽略，Lo足够大，可等效为恒流源且折算至一次电流为Ix，此阶段工作原理等效为恒流源给Cx充电，Cx上的电压线性上升。
工作模式2
如图6所示，Q1关断，Q2保持导通，Q1的结电容或并联电容在变压器原边电流Ix的作用下充电，电压逐渐升高，Q1实现零电压关断，同时，Q3、Q4两端电压逐渐降低，当Q1电压升高到C1电压时，D1导通，电路进入工作模式3。
工作模式3
如图7所示，二极管D1与开关管Q2导通，电流通路为O→D1→Q2→Lx→T→Cx→O，副边整流二极管D5、D6导通，将变压器短路，电路等效为由Lx、Cx组成的LC震荡电路，由于回路寄生电感及变压器漏感的存在，回路中电流不会立刻消失，但是在Cx阻挡作用下，回路中的电流在不断衰减，当电流小到Lx的饱和电流值时，Lx参与工作，Lx是饱和电感，一旦退出饱和，电感值将增加至很大，此时回路中的电流基本衰减为零。
工作模式4
如图8所示，开关管Q2关断，二极管D1导通，当Q2关断时，回路中流过的电流为Lx饱和电流，电流很小，Q2可以等效为零电流关断，Q2结电容在Ix的作用下进行充电，电压逐渐升高，Q3、Q4两端电压逐渐降低，当Q2升高到C2电压时，Q3、Q4反并联二极管导通，电路进入工作模式5。
工作模式5
如图9所示，Q3、Q4反并联二极管导通，回路电流在母线电压的作用下迅速将为0，经过一定的死区时间后，Q3、Q4导通，由于饱和电感的存在，回路电流很小，Q3、Q4可以等效为零电流开通。
另外半个PWM周期的工作状况对称。
从以上的开关过程可以看出，所有开关管在导通关断时均能够实现软开关的效果。
本实用新型公开的一种三电平半桥软开关变流电路在焊机、电解水电源或充电机等具体产品中都能够得到应用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。