软开关逆变电路及其调制方法、装置、设备、存储介质

本发明涉及换流器调制，具体涉及软开关逆变电路及其调制方法、装置、设备、存储介质。

背景技术：

1、电力电子逆变电路中，功率半导体器件高频开关动作，在其开通和关断瞬态过程中，由于存在非零电流与非零电压的交叠，会产生开关损耗，这种情况不仅提高了功率半导体器件的温度，增大了器件失效风险，还降低了逆变电路效率。

2、软开关技术是减小功率半导体器件开关损耗的有效措施之一，其基本思路是让电流和电压的变化过程不同时进行。三相软开关逆变器可以分为两类：谐振直流逆变器和谐振极逆变器。借助于电感电容的谐振，谐振直流逆变器通过使直流母线电压在三相六只主功率器件开关过程中保持为0，降低开关损耗；谐振极逆变器则仅使正在进行开关动作的主功率器件电压电流变化过程错开。

3、两类三相软开关逆变器相比，谐振极逆变器需要的辅助谐振功率器件数量多，不利于构建高功率密度逆变系统；谐振直流逆变器的辅助谐振功率器件数量少于谐振极逆变器，更有利于提高逆变器的功率密度。

4、但是，谐振直流逆变器的实施往往需要配合脉冲宽度调制策略的改进，并且现有大多数谐振直流逆变器，在一个开关周期内，每个主功率器件每次开关状态变化都需要进行一次完整的软开关过程，一个开关周期内，共有六次开关状态变化，即一个开关周期一共需要完成六次完整的软开关过程。软开关次数多，会导致参与谐振的部件损耗偏大，降低了软开关低损耗的优势。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中逆变器主功率器件的开关损耗大、一个周期内软开关过程的发生次数过多从而引起谐振回路损耗增大、逆变器效率降低的问题，从而提供软开关逆变电路及其调制方法、装置、设备、存储介质。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种软开关逆变电路，包括：电气中点生成电路、谐振电感、辅助谐振电路、逆变桥，其中，电气中点生成电路的第一端与外接电源的正端及辅助谐振电路的第一端连接，其第二端与谐振电感的第一端连接，其第三端与外接电源的负端及辅助谐振电路的第五端连接，其第二端输出的电压为外接电源电压的一半；谐振电感的第二端与辅助谐振电路的第三端连接；辅助谐振电路的第二端与逆变桥的直流侧的第一端连接，其第四端与逆变桥的直流侧的第二端连接；在逆变桥状态切换过程中，通过控制辅助谐振电路的开通和关断，使谐振电感与逆变桥的等效电容发生谐振，以实现逆变电路的软开关过程。

4、本发明提供的软开关逆变电路，电气中点生成电路用于为谐振电感提供电压，其输出电压为外接电源电压的一半，谐振电感用于与逆变桥的等效电容发生谐振，通过控制辅助谐振电路的开通和关断，使逆变桥电压电流的变化不会同时进行，从而减小开关损耗，提高逆变器效率，实现逆变电路的软开关过程。

5、在一种可选的实施方式中，电气中点生成电路包括：第一电容及第二电容，其中，第一电容的第一端与外接电源的正端及辅助谐振电路的第一端连接，其第二端与第二电容的第一端及谐振电感的第一端连接；第二电容的第二端与外接电源的负端及辅助谐振电路的第五端连接。

6、本发明提供的软开关逆变电路，电气中点生成电路中的第一电容及第二电容均为大容量电容，使电气中点生成电路的第二端输出的电压大小保持为外接电源电压的一半，一方面使得软开关过程可以在主功率器件每次开关状态转换时实现，另一方面保证软开关的谐振过程中，谐振频率由谐振电感和主功率器件寄生电容决定。

7、在一种可选的实施方式中，辅助谐振电路包括：第一辅助谐振支路及第二辅助谐振支路，其中，第一辅助谐振支路的第一端与外接电源的正端及电气中点生成电路的第一端连接，其第二端与逆变桥的直流侧的第一端连接，其第三端与谐振电感的第二端及第二辅助谐振支路的第一端连接；第二辅助谐振支路的第二端与逆变桥的直流侧的第二端连接，其第三端与外接电源的负端及电气中点生成电路的第三端连接。

8、本发明提供的软开关逆变电路，通过交替控制两个辅助谐振支路的开通和关断，可以控制谐振电感与逆变桥的等效电容发生谐振，即改变谐振电感电流及逆变桥母线电压的大小。

9、在一种可选的实施方式中，第一辅助谐振支路包括：第一辅助谐振功率器件、第二辅助谐振功率器件、第三辅助谐振功率器件，其中，第一辅助谐振功率器件的第一端与外接电源的正端及电气中点生成电路的第一端连接，其第二端与逆变桥的直流侧的第一端及第二辅助谐振功率器件的第一端连接；第二辅助谐振功率器件的第二端与第三辅助谐振功率器件的第一端连接，其电流流通方向与第一辅助谐振功率器件的电流流通方向相同；第三辅助谐振功率器件的第二端与谐振电感的第二端及第二辅助谐振支路的第一端连接，其电流流通方向与第二辅助谐振功率器件的电流流通方向相反。

10、在一种可选的实施方式中，第二辅助谐振支路包括：第四辅助谐振功率器件、第五辅助谐振功率器件及第六辅助谐振功率器件，其中：第四辅助谐振功率器件的第一端与谐振电感的第二端及第一辅助谐振支路的第三端连接，其第二端与第五辅助谐振功率器件的第一端连接，其电流流通方向与第三辅助谐振功率器件的电流流通方向相反；第五辅助谐振功率器件的第二端与逆变桥的直流侧的第二端及第六辅助谐振功率器件的第一端及连接，其电流流通方向与第四辅助谐振功率器件的电流流通方向相反；第六辅助谐振功率器件的第二端与外接电源的负端及电气中点生成电路的第三端连接，其电流流通方向与第五辅助谐振功率器件的电流流通方向相反。

11、在一种可选的实施方式中，第一辅助谐振功率器件、第二辅助谐振功率器件、第三辅助谐振功率器件、第四辅助谐振功率器件、第五辅助谐振功率器件及第六辅助谐振功率器件均由全控型功率器件与二极管反向并联连接组成。

12、第二方面，本发明提供一种软开关逆变电路的调制方法，控制方法应用于第一方面提供的软开关逆变电路，调制方法包括：基于逆变桥的电气信息，确定当前开关周期所在空间矢量扇区，以及该扇区内的多个零矢量及多个有效空间电压矢量；对有效空间电压矢量进行排序，得到逆变桥的主功率器件的开关顺序；在两个相邻的有效空间电压矢量之间插入一个零矢量后，得到当前开关周期的空间矢量作用顺序；对当前开关周期的空间矢量的作用时间进行赋值。

13、本发明提供的软开关逆变电路的调制方法，通过确定当前开关周期所在空间矢量扇区的零矢量及有效空间电压矢量，通过控制辅助谐振电路中辅助谐振功率器件的开通和关断顺序获得零矢量，在逆变桥的一个开关周期内，通过将零矢量依次插入每两个相邻的有效空间电压矢量之间，并改变零矢量的作用时间的方法，降低一个开关周期内的软开关次数，从而降低功率器件的功率损耗，提高逆变电路的工作效率。

14、在一种可选的实施方式中，零矢量包括第一零矢量及第二零矢量。

15、在一种可选的实施方式中，当第一零矢量放置于第一作用顺序位置时，在两个相邻的有效空间电压矢量之间插入零矢量的过程包括：按照有效空间电压矢量顺序，依次插入第二零矢量、第一零矢量。

16、在一种可选的实施方式中，当第二零矢量放置于第一作用顺序位置时，在两个相邻的有效空间电压矢量之间插入一个零矢量的过程包括：按照有效空间电压矢量顺序，依次插入第一零矢量、第二零矢量。

17、本发明提供的软开关逆变电路的调制方法，根据经典空间矢量调制的原理，每个开关周期内应发出两种零矢量，通过对两种零矢量交替排布，可以均衡电气中点生成电路中的电容电压，使软开关过程平稳进行。

18、在一种可选的实施方式中，有效空间电压矢量包括：第一有效空间电压矢量及第二有效空间电压矢量，在第一有效空间电压矢量及第二有效空间电压矢量之间插入第一零矢量的过程，包括：

19、在第一有效空间电压矢量向第二有效空间电压矢量切换过程中，且当第一有效空间电压矢量作用时，导通第一辅助谐振功率器件及第六辅助谐振功率器件，关断第二辅助谐振功率器件、第三辅助谐振功率器件、第四辅助谐振功率器件及第五辅助谐振功率器件；当导通第二辅助谐振功率器件时，谐振电感电流开始负向增大，当谐振电感电流负向增大到第一预设阈值时，关断第一辅助谐振功率器件；当逆变桥母线电压箝位于0时，导通逆变桥所有主功率器件，关断第二辅助谐振功率器件，此时第一零矢量插入至第一有效空间电压矢量与第二有效空间电压矢量之间；经过第一预设时间之后，导通第三辅助谐振功率器件；当谐振电感电流正向增大到第二预设阈值时，第二有效空间电压矢量开始作用，当逆变桥母线电压上升至外接电源的电压且谐振电感电流下降至0过程中的任一时刻，导通第一辅助谐振功率器件；当谐振电感电流下降至0，并经过第二预设时间之后，关断第三辅助谐振功率器件。

20、在一种可选的实施方式中，在第二有效空间电压矢量及第一有效空间电压矢量之间插入第二零矢量的过程，包括：在第二有效空间电压矢量向第一有效空间电压矢量切换过程中，且当第二有效空间电压矢量作用时，导通第一辅助谐振功率器件及第六辅助谐振功率器件，关断第二辅助谐振功率器件、第三辅助谐振功率器件、第四辅助谐振功率器件及第五辅助谐振功率器件；当导通第四辅助谐振功率器件时，谐振电感电流开始正向增大，并且当谐振电感电流正向增大到第三预设阈值时，关断第六辅助谐振功率器件；当逆变桥母线电压箝位于0时，导通逆变桥所有主功率器件，关断第四辅助谐振功率器件，此时第二零矢量插入至第二有效空间电压矢量与第一有效空间电压矢量之间；经过第三预设时间之后，导通第五辅助谐振功率器件；当谐振电感电流负向增大到第四预设阈值时，第一有效空间电压矢量开始作用，当逆变桥母线电压上升至外接电源的电压且谐振电感电流下降至0过程中的任一时刻，导通第六辅助谐振功率器件；当谐振电感电流下降至0，并经过第四预设时间之后，关断第五辅助谐振功率器件。

21、在一种可选的实施方式中，对当前开关周期的空间矢量的作用时间进行赋值的过程，包括：当逆变桥主功率器件全部导通时，通过控制第一辅助功率器件关断且第六辅助功率器件导通的时间，为第一零矢量的作用时间赋值；当逆变桥主功率器件全部导通时，通过控制第六辅助功率器件关断且第一辅助功率器件导通的时间，为第二零矢量的作用时间赋值；当前开关周期内，第一零矢量的全部作用时间等于第二零矢量的全部作用时间。

22、本发明提供的软开关逆变电路的调制方法，通过控制每个开关周期内第一零矢量的全部作用时间等于第二零矢量的全部作用时间，可以均衡电气中点生成电路中的电容电压，使软开关过程平稳进行。

23、第三方面，本发明提供一种软开关逆变电路的调制装置，包括：确定模块，用于基于逆变桥的电气信息，确定当前开关周期所在空间矢量扇区，以及该扇区内的多个零矢量及多个有效空间电压矢量；排序模块，用于按照逆变桥的主功率器件的开关顺序，对有效空间电压矢量进行排序；插入模块，用于在两个相邻的有效空间电压矢量之间插入一个零矢量后，得到当前开关周期的空间矢量作用顺序；赋值模块，用于对当前开关周期的空间矢量的作用时间进行赋值。

24、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第二方面或其对应的任一实施方式的软开关逆变电路的调制方法。

25、第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第二方面或其对应的任一实施方式的软开关逆变电路的调制方法。