專利名稱：零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及逆變電源，特別涉及為動車組輔助負載提供三相380V 50Hz工頻 電源的輔助逆變電源，具體為一種零電流開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電力開關(guān)器件已經(jīng)由普通晶閘管發(fā)展到現(xiàn)在的高 耐壓大電流IGBT，電子產(chǎn)品已經(jīng)由分立器件發(fā)展到現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路，推動變流器向 著高性能、高頻、大容量的方向迅速發(fā)展。雖然現(xiàn)有變流器可以實現(xiàn)電源變換的功能，但大 都存在高頻開關(guān)造成的開關(guān)損耗較高、裝置的輸入輸出引線及周圍產(chǎn)生電磁噪聲、對其他 設(shè)備產(chǎn)生干擾、輸出諧波含量較高等方面缺點?，F(xiàn)有的動車組輔助逆變電源同樣存在開關(guān)損耗過大、電磁環(huán)境影響自身以及其它 設(shè)備工作的問題，不適于目前高速動車組自身的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型解決現(xiàn)有動車組輔助逆變電源開關(guān)損耗過大、電磁環(huán)境影響自身以及 其它設(shè)備工作的問題，提供一種零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源。本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電 源，包括高壓斬波電路、整流電路和逆變電路，高壓斬波電路包括第一至第四IGBT、第一至 第四電容、第一至第二變壓器，第一至第四IGBT相互串聯(lián)(即相鄰IGBT的集電極和發(fā)射極 相連)并經(jīng)過耦合電抗器連接于直流電源兩端，第一和第二電容相互串聯(lián)后再并聯(lián)于第一 和第二 IGBT兩端(即第一和第二電容的串聯(lián)支路連接于第一 IGBT的發(fā)射極和第二 IGBT的 集電極之間)，第三和第四電容相互串聯(lián)后再并聯(lián)于第三和第四IGBT兩端，第一變壓器的原 級線圈的一端連接于第一和第二電容之間的連接節(jié)點處，第一變壓器的原級線圈的另一端 連接于第一和第二 IGBT之間的連接節(jié)點處(即第一 IGBT的集電極與第二 IGBT發(fā)射極的連 接節(jié)點處)，第二變壓器的原級線圈的一端連接于第三和第四電容之間的連接節(jié)點處，第二 變壓器的原級線圈的另一端連接于第三和第四IGBT之間的連接節(jié)點處；整流電路包括分 別由第一至第四二極管、第五至第八二極管構(gòu)成的兩個整流橋，兩個整流橋的輸入端分別 與第一變壓器和第二變壓器的次級線圈相連，由第一至第四二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸 出負極端與由第五至第八二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸出正極端相連，由第一至第四二極 管構(gòu)成的整流橋的直流輸出正極端和由第五至第八二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸出負極 端作為整流電路的兩個直流輸出端；第一至第四二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸出兩端并聯(lián) 有由第五電容和第五IGBT構(gòu)成的串聯(lián)支路，第五IGBT的發(fā)射極和集電極之間反并聯(lián)有二 極管，第五至第八二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸出兩端并聯(lián)有由第六電容和第六IGBT構(gòu) 成的串聯(lián)支路，第六IGBT的發(fā)射極和集電極之間反并聯(lián)有二極管；逆變電路連接于整流電 路的兩個直流輸出端，所述的逆變電路由第七IGBT至第十二 IGBT構(gòu)成，并且構(gòu)成逆變電路 的第七IGBT至第十二 IGBT的發(fā)射極和集電極之間分別反并聯(lián)有二極管。工作時，耦合電抗器和第一至第四電容組成輸入直流電源濾波器，用以濾除3600V DC中的交流分量；第一 至第四IGBT、第一和第二變壓器組成串聯(lián)的兩個半橋斬波電路，將DC3600V轉(zhuǎn)換為頻率 為4K、幅值各為300V的交流方波；第一至第八二級管組成兩個串聯(lián)整流橋構(gòu)成的整流電 路，用以將第一和第二變壓器輸出信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)頻率為8K，幅值為600V的直流電壓；第 五和第六IGBT、第五和第六電容以及第一和第二變壓器中的漏感組成諧振電路，用以實現(xiàn) 變壓器中電流信號的快速過零；整流電路輸出的直流電壓經(jīng)逆變電路成為所需的三相交流 H1^ ο本實用新型所述的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源，其斬波電路中的IGBT 的開關(guān)時刻均是在電流為零時進行的，因而可以使IGBT器件的開關(guān)損耗接近于零損耗，保 證斬波電路的效率在技術(shù)要求的范圍內(nèi)，同時也有效降低了 IGBT器件在開關(guān)時輸入輸出 部件的電磁噪聲和對周圍電器部件的電磁干擾，保證了電磁兼容性能在技術(shù)要求范圍。由 于解決了開關(guān)損耗問題，因此開關(guān)頻率可以提升到4K，降低輸出電源的諧波含量，滿足逆變 器對直流輸入電源的要求。本實用新型通過運用零電流(ZCS)軟開關(guān)技術(shù)完成直流3600V到三相交流400V 輸出，輸出電壓范圍可以達到400V 士 5%，頻率范圍可以達到50Hz±^)，諧波含量小于10% ； 通過零電流(ZCS)軟開關(guān)技術(shù)使電磁干擾滿足EN50121-3-2Q000)中的要求。
圖1為本實用新型所述的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源的電路原理圖；圖2為本實用新型所述的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源的電路半個運 行周期在Tl時刻的工作狀態(tài)圖；圖3為本實用新型所述的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源的電路半個運 行周期在T2時刻的工作狀態(tài)圖；圖4為本實用新型所述的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源的電路半個運 行周期在T3時刻的工作狀態(tài)圖；圖5為本實用新型所述的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源的電路半個運 行周期在T4時刻的工作狀態(tài)圖；圖6為本實用新型所述的零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源的電路半個運 行周期在T5時刻的工作狀態(tài)圖。
具體實施方式
零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源，包括高壓斬波電路、整流電路和逆變電 路，高壓斬波電路包括第一至第四IGBT1、2、3、4、第一至第四電容5、6、7、8、第一至第二變 壓器9、10，第一至第四IGBT相互串聯(lián)(即相鄰IGBT的集電極和發(fā)射極相連)并經(jīng)過耦合電 抗器11連接于直流電源兩端，第一和第二電容5、6相互串聯(lián)后再并聯(lián)于第一和第二 IGBT1、 2兩端(即第一和第二電容5、6的串聯(lián)支路連接于第一 IGBT 1的發(fā)射極和第二 IGBT 2的 集電極之間)，第三和第四電容7、8相互串聯(lián)后再并聯(lián)于第三和第四IGBT 3、4兩端，第一變 壓器9的原級線圈的一端連接于第一和第二電容5、6之間的連接節(jié)點處，第一變壓器9的 原級線圈的另一端連接于第一和第二 IGBT 1、2之間的連接節(jié)點處(即第一 IGBT 1的集電極與第二 IGBT 2發(fā)射極的連接節(jié)點處)，第二變壓器10的原級線圈的一端連接于第三和 第四電容7、8之間的連接節(jié)點處，第二變壓器10的原級線圈的另一端連接于第三和第四 IGBT 3、4之間的連接節(jié)點處；整流電路包括分別由第一至第四二極管12、13、14、15、第五 至第八二極管16、17、18、19構(gòu)成的兩個整流橋，兩個整流橋的輸入端分別與第一變壓器9 和第二變壓器10的次級線圈相連，由第一至第四二極管12、13、14、15構(gòu)成的整流橋的直流 輸出負極端與由第五至第八二極管16、17、18、19構(gòu)成的整流橋的直流輸出正極端相連，由 第一至第四二極管12、13、14、15構(gòu)成的整流橋的直流輸出正極端和由第五至第八二極管 16、17、18、19構(gòu)成的整流橋的直流輸出負極端作為整流電路的兩個直流輸出端；第一至第 四二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸出兩端并聯(lián)有由第五電容20和第五IGBT21構(gòu)成的串聯(lián)支 路，第五IGBT21的發(fā)射極和集電極之間反并聯(lián)有二極管，第五至第八二極管構(gòu)成的整流橋 的直流輸出兩端并聯(lián)有由第六電容22和第六IGBT23構(gòu)成的串聯(lián)支路，第六IGBT23的發(fā)射 極和集電極之間反并聯(lián)有二極管；逆變電路連接于整流電路的兩個直流輸出端，所述的逆 變電路由第七IGBT至第十二 IGBT24、25、26、27、28J9構(gòu)成，并且構(gòu)成逆變電路的第七IGBT 至第十二 IGBT的發(fā)射極和集電極之間分別反并聯(lián)有二極管。具體實施時，該零電流軟開關(guān) 技術(shù)的新型輔助逆變電源需配置輔助控制單元ACU，用于對各IGBT門極的適時觸發(fā)。輔助 控制單元ACU的電路結(jié)構(gòu)是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員容易實現(xiàn)的常規(guī)技術(shù)。下面以半個運行周期(IGBT 2或4 Tl -T5 )為例，來說明零電流軟開關(guān)技術(shù)的 新型輔助逆變電源基本原理Tl時刻工作模式如圖2所示，此時第二 IGBT2處于觸發(fā)導通狀態(tài)(同時第四 IGBT4也處于觸發(fā)導通狀態(tài))，電路的電流流向如圖2所示。圖中的LO、CO和RO構(gòu)成整流 橋后的模擬負載。第四IGBT4觸發(fā)導通時，由于第一變壓器與第二變壓器原級線圈的同名 端位置不同，流過第二變壓器原級線圈的電流與第一變壓器原級線圈的電流方向相反，從 而增大整流電路的輸出電壓值。T2時刻工作模式如圖3所示，此時觸發(fā)第五IGBT21來產(chǎn)生諧振控制(同時也觸 發(fā)第六IGBT23)。圖3為T2時刻，諧振產(chǎn)生后的電流流向。T3時刻工作模式如圖4所示，此時第五電容器20的電流在初始電流回零后在線 性模式下反向，然后第五電容20器兩端通過第五IGBT21的反并聯(lián)二極管短接。T4時刻運行模式如圖5所示，此時第一變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)電流都為零(方 波過零)。整流橋反向截止。此刻關(guān)閉所有的IGBT。T5時刻運行模式如圖6所示，第五電容器20完成放電。負載通過整流橋續(xù)流。T6到TlO時刻，IGBT 1或3運行模式與以上描述都相同。從上述的工作過程可以明顯地看出，零電流(ZCS)軟開關(guān)電路，器件的開關(guān)時刻均 是在電流為零時進行的，因而可以使器件的開關(guān)損耗接近于零損耗，保證斬波電路的效率 在技術(shù)要求的范圍內(nèi)，同時也有效降低了器件在開關(guān)時輸入輸出部件的電磁噪聲和對周圍 電器部件的電磁干擾，保證了電磁兼容性能在技術(shù)要求范圍。由于解決了開關(guān)損耗問題，因 此開關(guān)頻率可以提升到4K，降低輸出電源的諧波含量，滿足逆變器對直流輸入電源的要求。
權(quán)利要求1. 一種零電流軟開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源，包括高壓斬波電路、整流電路和逆變 電路，其特征為高壓斬波電路包括第一至第四IGBT (1、2、3、4)、第一至第四電容(5、6、7、 8)、第一至第二變壓器(9、10)，第一至第四IGBT相互串聯(lián)并經(jīng)過耦合電抗器(11)連接于 直流電源兩端，第一和第二電容(5、6)相互串聯(lián)后再并聯(lián)于第一和第二 IGBT (1、2)兩端， 第三和第四電容(7、8)相互串聯(lián)后再并聯(lián)于第三和第四IGBT (3、4)兩端，第一變壓器(9) 的原級線圈的一端連接于第一和第二電容(5、6)之間的連接節(jié)點處，第一變壓器9的原級 線圈的另一端連接于第一和第二 IGBT (1、2)之間的連接節(jié)點處，第二變壓器(10)的原級 線圈的一端連接于第三和第四電容(7、8)之間的連接節(jié)點處，第二變壓器(10)的原級線圈 的另一端連接于第三和第四IGBT ( 3、4)之間的連接節(jié)點處；整流電路包括分別由第一至 第四二極管(12、13、14、15)、第五至第八二極管(16、17、18、19)構(gòu)成的兩個整流橋，兩個整 流橋的輸入端分別與第一變壓器(9)和第二變壓器(10)的次級線圈相連，由第一至第四二 極管(12、13、14、15)構(gòu)成的整流橋的直流輸出負極端與由第五至第八二極管(16、17、18、 19)構(gòu)成的整流橋的直流輸出正極端相連，由第一至第四二極管(12、13、14、15)構(gòu)成的整 流橋的直流輸出正極端和由第五至第八二極管(16、17、18、19)構(gòu)成的整流橋的直流輸出負 極端作為整流電路的兩個直流輸出端；第一至第四二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸出兩端并 聯(lián)有由第五電容(20)和第五IGBT (21)構(gòu)成的串聯(lián)支路，第五IGBT (21)的發(fā)射極和集電 極之間反并聯(lián)有二極管，第五至第八二極管構(gòu)成的整流橋的直流輸出兩端并聯(lián)有由第六電 容(22)和第六IGBT (23)構(gòu)成的串聯(lián)支路，第六IGBT (23)的發(fā)射極和集電極之間反并聯(lián) 有二極管；逆變電路連接于整流電路的兩個直流輸出端，所述的逆變電路由第七IGBT至第 十二 IGBT (M、25J6、27J8、29)構(gòu)成，并且構(gòu)成逆變電路的第七IGBT至第十二 IGBT的發(fā) 射極和集電極之間分別反并聯(lián)有二極管。
專利摘要本實用新型涉及為動車組輔助負載提供三相工頻電源的輔助逆變電源，具體為一種零電流開關(guān)技術(shù)的新型輔助逆變電源。解決現(xiàn)有動車組輔助逆變電源開關(guān)損耗過大、電磁環(huán)境影響自身以及其它設(shè)備工作的問題。包括高壓斬波電路、整流電路和逆變電路，高壓斬波電路包括第一至第四IGBT、第一至第四電容、第一至第二變壓器，整流電路包括分別由第一至第四二極管、第五至第八二極管構(gòu)成且輸出端相互串聯(lián)的兩個整流橋，兩個整流橋的輸出端分別并聯(lián)有由電容和IGBT構(gòu)成的串聯(lián)支路。本實用新型斬波電路中的IGBT的開關(guān)時刻均是在電流為零時進行的，因而可以使IGBT器件的開關(guān)損耗接近于零損耗，同時也有效降低了電磁干擾。
文檔編號H02M3/335GK201846246SQ20102059522
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者唐子輝, 裴建紅, 高永軍 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司