功率轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】保護(hù)電路(51)在緩沖電容(Cs1、Cs2)充電至規(guī)定的電壓以上的情況下，使設(shè)置于電流路徑(PT1、PT2)上的鉗位二極管(Df1、Df2)導(dǎo)通，使緩沖電容(Cs1、Cs2)的充電完成。
【專利說(shuō)明】功率轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換裝置，特別涉及進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)（soft switching)的功率轉(zhuǎn)換裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 開(kāi)發(fā)有進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)的軟開(kāi)關(guān)逆變器。軟開(kāi)關(guān)包含：使通過(guò)開(kāi)關(guān)元件而流動(dòng)的電流 變?yōu)椹?將該開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通、截止的零電流開(kāi)關(guān)、以及使施加在開(kāi)關(guān)元件的電壓變?yōu)椹枺?將該開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通、截止的零伏開(kāi)關(guān)。軟開(kāi)關(guān)逆變器中，通過(guò)上述軟開(kāi)關(guān)，能降低開(kāi)關(guān) 噪聲以及開(kāi)關(guān)損耗。
[0003] 國(guó)際公開(kāi)第2011/036912(專利文獻(xiàn)1)中公開(kāi)了軟開(kāi)關(guān)逆變器的一個(gè)示例。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :國(guó)際公開(kāi)第2011/036912號(hào)
【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005] 然而，專利文獻(xiàn)1(國(guó)際公開(kāi)第2011/036912號(hào)）所記載的軟開(kāi)關(guān)逆變器中，由于 對(duì)鉗位二極管施加有較大的電壓，因此必須使用耐壓較高的元件，成為成本變高的原因。
[0006] 另一方面，為了降低鉗位二極管的電壓而需要減小變壓器的匝數(shù)比，主元件的分 壓降低也產(chǎn)生界限，從而成為問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題而得以完成，其目的在于提供一種功率轉(zhuǎn)換裝置，能降 低施加在軟開(kāi)關(guān)逆變器的主開(kāi)關(guān)元件、主二極管、緩沖電容、鉗位二極管的電壓。 解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明的一個(gè)方面所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置是將由具有第1電極及第2電極的第1 直流電源、具有與第1直流電源的第2電極相連的第1電極及第2電極的第2直流電源所 提供的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并提供給負(fù)載的功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置包括：第1主 開(kāi)關(guān)，該第1主開(kāi)關(guān)具有與第1直流電源的第1電極進(jìn)行耦合的第1端、以及與負(fù)載進(jìn)行耦 合的第2端；第1主二極管，該第1主二極管以導(dǎo)通方向與第1主開(kāi)關(guān)相反的方式與第1主 開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；第1緩沖電容，該第1緩沖電容與第1主開(kāi)關(guān)及第1主二極管并聯(lián)連接；第 1緩沖二極管，該第1緩沖二極管以導(dǎo)通方向與第1主開(kāi)關(guān)相同的方式，與第1緩沖電容串 聯(lián)連接，且連接在第1緩沖電容與第1主開(kāi)關(guān)的第2端之間；第1輔助開(kāi)關(guān)及第1輔助電抗 器，該第1輔助開(kāi)關(guān)及第1輔助電抗器連接在第1直流電源及第2直流電源的連接節(jié)點(diǎn)、與 第1緩沖電容及第1緩沖二極管的連接節(jié)點(diǎn)之間，且互相串聯(lián)連接；第2主開(kāi)關(guān)，該第2主 開(kāi)關(guān)具有與第1主開(kāi)關(guān)的第2端進(jìn)行耦合的第1端、以及與第2直流電源的第2電極進(jìn)行 耦合的第2端，并以導(dǎo)通方向與第1主開(kāi)關(guān)相同的方式進(jìn)行設(shè)置；第2主二極管，該第2主 二極管以導(dǎo)通方向與第2主開(kāi)關(guān)相反的方式與第2主開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；第2緩沖電容，該第2 緩沖電容與第2主開(kāi)關(guān)及第2主二極管并聯(lián)連接；第2緩沖二極管，該第2緩沖二極管以導(dǎo) 通方向與第2主開(kāi)關(guān)相同的方式，與第2緩沖電容串聯(lián)連接，且連接在第2緩沖電容與第2 主開(kāi)關(guān)的第1端之間；第2輔助開(kāi)關(guān)及第2輔助電抗器，該第2輔助開(kāi)關(guān)及第2輔助電抗器 連接在第1直流電源及第2直流電源與第1輔助開(kāi)關(guān)或第1輔助電抗器的連接節(jié)點(diǎn)、與第2 緩沖電容及第2緩沖二極管的連接節(jié)點(diǎn)之間，且互相串聯(lián)連接；以及保護(hù)電路，該保護(hù)電路 用于在施加在第1緩沖電容上的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情況下、或施加在第2緩沖電容上 的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情況下，使從第1直流電源及第2直流電源流向第1緩沖電容或 第2緩沖電容的充電電流流向其它電流路徑，保護(hù)電路包含第1變壓器及第2變壓器、第1 鉗位二極管及第2鉗位二極管，第1變壓器具有連接在第1主開(kāi)關(guān)的第2端與負(fù)載之間的 第1 一次繞組、以及連接在第1直流電源的第1電極與第1直流電源的第2電極之間，與第 1 一次繞組進(jìn)行磁耦合的第1二次繞組，第2變壓器具有連接在第2主開(kāi)關(guān)的第1端與負(fù)載 之間的第2 -次繞組、以及連接在第2直流電源的第1電極與第2直流電源的第2電極之 間，與第2 -次繞組進(jìn)行磁耦合的第2二次繞組，第1二次繞組與第1鉗位二極管串聯(lián)連接 在第1直流電源的第1電極與第1直流電源的第2電極之間，第1二次繞組與第2鉗位二 極管串聯(lián)連接在第1直流電源的第1電極與第1直流電源的第2電極之間，第1二次繞組 與第1鉗位二極管串聯(lián)連接，第1 一次繞組與第2 -次繞組串聯(lián)連接，第1 一次繞組及第2 一次繞組的連接節(jié)點(diǎn)與負(fù)載相連接。 發(fā)明效果
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，能夠降低施加至軟開(kāi)關(guān)逆變器的主開(kāi)關(guān)元件、主二極管、緩沖電容、 鉗位二極管的電壓。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖2是以時(shí)序方式表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換時(shí)的 電流流動(dòng)的圖。 圖3是以時(shí)序方式表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換時(shí)的 電流流動(dòng)的圖。 圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)控制步 驟的圖。 圖5是以時(shí)序方式表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器的步驟S3及步驟S4 中的電流流動(dòng)的圖。 圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器的步驟S3及步驟S4中的電壓及 電流的波形圖。 圖7是以時(shí)序方式表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換時(shí)的 電流流動(dòng)的圖。 圖8是以時(shí)序方式表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換時(shí)的 電流流動(dòng)的圖。 圖9是表示作為參考例的軟開(kāi)關(guān)逆變器101X的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】 toon] 以下，利用附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)圖中相同或相當(dāng)?shù)牟糠?附加相同的標(biāo)號(hào)，不重復(fù)其說(shuō)明。
[0012] 〈實(shí)施方式〉 圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的軟開(kāi)關(guān)逆變器的結(jié)構(gòu)的圖。
[0013] 參照?qǐng)D1，軟開(kāi)關(guān)逆變器（功率轉(zhuǎn)換裝置）101包括：電源端子TP、TCP、TCN、TNT、 TN ;交流輸出端子TOUT ;主開(kāi)關(guān)Gp、Gn ;主二極管Dp、Dn、D2 ;緩沖電容Crp、Crn ;緩沖二極 管Drp、Drn ;輔助開(kāi)關(guān)Srp、Srn ;輔助電抗器Lrp、Lrn ;控制電路11 ;以及保護(hù)電路51。
[0014] 保護(hù)電路51包含變壓器Trp、Trn和鉗位二極管Dfp、Dfn。變壓器Trp包含一次 繞組Lsl以及二次繞組Lfl。變壓器Trn包含一次繞組Ls2以及二次繞組Lf2。此外，軟開(kāi) 關(guān)逆變器101也可以采用具備直流電源Vp、Vn的結(jié)構(gòu)。
[0015] 主開(kāi)關(guān) Gp、Gn 例如是 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor :絕緣柵雙極型 晶體管）。輔助開(kāi)關(guān)Srp、Srn例如是反向阻止晶閘管。
[0016] 直流電源Vp及Vn串聯(lián)連接。即，直流電源Vp具有與電源端子TP相連接的正電 極、和與電源端子TCP、TCN相連接的負(fù)電極。直流電源Vn具有與直流電源Vp的負(fù)電極以 及電源端子TCP、TCN相連接的正電極、和與電源端子TN相連接的負(fù)電極。
[0017] 主開(kāi)關(guān)Gp具有與直流電源Vp的正電極耦合的集電極、和通過(guò)交流輸出端子TOUT 與負(fù)載耦合的發(fā)射極。即，主開(kāi)關(guān)Gp具有與電源端子TP相連接的集電極、以及與變壓器Tr 的一次繞組Lsl的第1端相連接的發(fā)射極。
[0018] 主二極管Dp以導(dǎo)通方向與主開(kāi)關(guān)Gp相反的方式、與主開(kāi)關(guān)Gp并聯(lián)連接。即，主 二極管Dp具有與主開(kāi)關(guān)Gp的集電極相連接的陰極、以及與主開(kāi)關(guān)Gp的發(fā)射極相連接的陽(yáng) 極。
[0019] 緩沖電容Crp與主開(kāi)關(guān)Dp及主二極管Dp并聯(lián)連接。緩沖二極管Drp以導(dǎo)通方向 與主開(kāi)關(guān)Dp相同的方式，與主開(kāi)關(guān)Gp及主二極管Dp并聯(lián)連接，且與緩沖電容Crp串聯(lián)連 接。即、緩沖二極管Drp具有：與緩沖電容Crp的第2端及輔助電抗器Lrp的第2段相連接 的陽(yáng)極、以及與主開(kāi)關(guān)Gp的發(fā)射極以及主二極管Dp的陽(yáng)極相連接的陰極。
[0020] 輔助開(kāi)關(guān)Srp及輔助電抗器Lrp連接在直流電源Vp與直流電源Vn的連接節(jié)點(diǎn)即 電源端子TCP、和緩沖電容Crp與緩沖二極管Drp的連接節(jié)點(diǎn)之間，且互相串聯(lián)連接。即，輔 助開(kāi)關(guān)Srp具有與電源端子TCP相連接的陽(yáng)極、和與輔助電抗器Lrp的第1端相連接的陰 極。輔助電抗器Lrp具有與輔助開(kāi)關(guān)Srp的陰極相連接的第1端、以及與緩沖電容Crp和 緩沖二極管Drp的連接節(jié)點(diǎn)相連接的第2端。
[0021] 主開(kāi)關(guān)Gn具有與主開(kāi)關(guān)Gp的發(fā)射極耦合的集電極、和與直流電源Vn的負(fù)電極相 耦合的發(fā)射極，且主開(kāi)關(guān)Gn以導(dǎo)通方向與主開(kāi)關(guān)Gp相同的方式設(shè)置。即，主開(kāi)關(guān)Gn具有 與變壓器Tr的一次繞組Ls2的第2端相連接的集電極、和與電源端子TN相連接的發(fā)射極。
[0022] 主二極管Dn以導(dǎo)通方向與主開(kāi)關(guān)Gn相反的方式、與主開(kāi)關(guān)Gn并聯(lián)連接。即，主 二極管Dn具有與主開(kāi)關(guān)Gn的集電極相連接的陰極、以及與主開(kāi)關(guān)Gn的發(fā)射極相連接的陽(yáng) 極。
[0023] 緩沖電容Crn與主開(kāi)關(guān)Gn及主二極管Dn并聯(lián)連接。緩沖二極管Drn以導(dǎo)通方向 與主開(kāi)關(guān)Gn相同的方式，與主開(kāi)關(guān)Gn及主二極管Dn并聯(lián)連接，且與緩沖電容Crn串聯(lián)連 接。即、緩沖二極管Drn具有：緩沖電容Crn的第1端及輔助電抗器Lrn的第2端相連的陰 極、以及與主開(kāi)關(guān)Gn的集電極以及主二極管Dn的陰極相連接的陽(yáng)極。
[0024] 輔助開(kāi)關(guān)Srn及輔助電抗器Lrn連接在直流電源Vp及直流電源Vn與輔助開(kāi)關(guān) Srp的連接節(jié)點(diǎn)即電源端子TCN、和緩沖電容Crn與緩沖二極管Drn的連接節(jié)點(diǎn)之間，且互 相串聯(lián)連接。即，輔助開(kāi)關(guān)Srn具有與電源端子TCN相連接的陰極、和與輔助電抗器Lrn的 第1端相連接的陽(yáng)極。輔助電抗器Lrn具有與輔助開(kāi)關(guān)Srn的陽(yáng)極相連接的第1端、以及 與緩沖電容Crn和緩沖二極管Drn的連接節(jié)點(diǎn)相連接的第2端。
[0025] 保護(hù)電路51連接在主開(kāi)關(guān)Gp的發(fā)射極和主開(kāi)關(guān)Gn的集電極之間。保護(hù)電路51 中，一次繞組Lsl、Ls2連接在主開(kāi)關(guān)Gp的發(fā)射極和主開(kāi)關(guān)Gn的集電極之間。即、一次繞 組Lsl具有與主開(kāi)關(guān)Gp的發(fā)射極及緩沖二極管Drp的陰極相連接的第1端、和與交流輸出 端子TOUT及一次繞阻Ls2的第1端相連接的第2端。一次繞組Ls2具有與交流輸出端子 TOUT及一次繞組Lsl的第2端相連接的第1端、和與主開(kāi)關(guān)Gn的集電極及緩沖二極管Drn 的陽(yáng)極相連接的第2端。一次繞組Lsl、Ls2的卷繞方向相同。
[0026] 二次繞組Lfl連接在直流電源Vp的正電極、與直流電源Vp和直流電源Vn之間的 連接節(jié)點(diǎn)之間，并與一次繞組Lsl磁耦合。即，二次繞組Lfl具有與鉗位二極管Dfp的陽(yáng)極 相連接的第1端、和與電源端子TCP相連接的第2端。二次繞組Lfl與一次繞組Lsl的卷 繞方向相反。另外，變壓器Trp的一次繞組和二次繞組的匝數(shù)比是1 :n，例如n>2。
[0027] 二次繞組Lf 2連接在直流電源Vp和直流電源Vn之間的連接節(jié)點(diǎn)、與直流電源Vn 的負(fù)電極之間，并與一次繞組Ls2磁耦合。即，二次繞組Lf2具有與鉗位二極管Dfn的陽(yáng)極 相連接的第1端、和與電源端子TCN相連接的第2端。二次繞組Lf2與一次繞組Ls2的卷 繞方向相反。另外，變壓器Trn的一次繞組和二次繞組的匝數(shù)比是1 :n，例如n>2。
[0028] 鉗位二極管Dfp連接在直流電源Vp的正電極、與直流電源Vp和直流電源Vn的連 接節(jié)點(diǎn)之間，并與二次繞組Lfl串聯(lián)連接。即，鉗位二極管Dfp具有與電源端子TP相連接 的陰極、和與二次繞組Lfl的第1端相連接的陽(yáng)極。
[0029] 鉗位二極管Dfn連接在直流電源Vp和直流電源Vn的連接節(jié)點(diǎn)、與直流電源Vn的 負(fù)電極之間，并與二次繞組Lf2串聯(lián)連接。即，鉗位二極管Dfn具有與電源端子TCN相連接 的陰極、和與二次繞組Lf的第1端相連接的陽(yáng)極。
[0030] 軟開(kāi)關(guān)逆變器101通過(guò)利用主橋臂即主開(kāi)關(guān)Gp、Gn來(lái)對(duì)直流電源Vp、Vn所提供的 直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān)，從而將直流電源Vp及直流電源Vn所提供的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并經(jīng)由 交流輸出端子TOUT輸出到負(fù)載。
[0031] 緩沖電容Crp設(shè)置成為了在主開(kāi)關(guān)Gp截止時(shí)，電壓不會(huì)被施加到主開(kāi)關(guān)Gp。緩沖 電容Crn設(shè)置成為了在主開(kāi)關(guān)Gn截止時(shí)，電壓不會(huì)被施加到主開(kāi)關(guān)Gn。
[0032] 控制電路11分別對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp、Gn以及輔助開(kāi)關(guān)Srp、Srn進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
[0033] 保護(hù)電路51具有電流路徑PT1，該電流路徑PT1位于直流電源Vp的正電極、與直 流電源Vp和直流電源Vn之間的連接節(jié)點(diǎn)之間。另外，保護(hù)電路51具有電流路徑PT2,該 電流路徑PT2位于直流電源Vp與直流電源Vn之間的連接節(jié)點(diǎn)、和直流電源Vn的負(fù)電極之 間。
[0034] 保護(hù)電路51通過(guò)利用變壓器Trp、Trn，將施加至主開(kāi)關(guān)Gp及Gn的最大電壓抑制 為比直流電源Vp及Vn的輸出電壓之和的1. 5倍還要小的最大值VM。此外，直流電源的電 壓設(shè)為相等，為Vp = Vn = Vdc/2。
[0035] 接下來(lái)，利用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換時(shí)的 動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)電流從軟開(kāi)關(guān)逆變器101流向負(fù)載的正期間的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明，接下 來(lái)，對(duì)電流從負(fù)載流向軟開(kāi)關(guān)逆變器101的負(fù)期間的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0036] [正期間的動(dòng)作] 圖2及圖3是以時(shí)序方式來(lái)表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn) 換時(shí)的電流流動(dòng)的圖。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換 時(shí)的開(kāi)關(guān)控制步驟的圖。此處，直流電源Vp的輸出電壓設(shè)為Vp，直流電源Vn的輸出電壓設(shè) 為Vn。
[0037] 圖2及圖3中，緩沖電容Crp及Crn的旁邊所帶有的示出了緩沖電容的電 荷極性。
[0038] 圖4的橫軸表示時(shí)間，沿著該橫軸排列的"正期間"的各數(shù)字示出了圖2及圖3所 示的各步驟。
[0039] 參照?qǐng)D2?圖4,首先說(shuō)明如下?tīng)顟B(tài)（步驟SI) :S卩、對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì) 主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止控制，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srp及Srn進(jìn)行截止控制，從而電流通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gp從 直流電源Vp流向負(fù)載的狀態(tài)（步驟S1)。
[0040] 該狀態(tài)下，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制。由此，來(lái)自直流電源Vp的電流換流至緩沖 電容Crp。由此，緩沖電容Crp進(jìn)行充電，緩沖電容Crp中的電壓變?yōu)榈扔谥绷麟娫碫p及 Vn的輸出電壓（Vp+Vn)的情況下，主二極管Dn導(dǎo)通。在主二極管Dn導(dǎo)通的情況下，來(lái)自直 流電源Vn的電流通過(guò)主二極管Dn流向負(fù)載。（步驟S2)。
[0041] 此處，在步驟2開(kāi)始時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制的情況下，電流流向緩沖電容 Crp。主開(kāi)關(guān)Gp截止時(shí)，由于緩沖電容Crp的電荷為0,因此主開(kāi)關(guān)Gp上沒(méi)有施加電壓。由 此，零伏開(kāi)關(guān)（zero volt switching)得以實(shí)現(xiàn)。
[0042] 接下來(lái)，利用緩沖電容Crp與一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電感的諧振來(lái)使從緩 沖電容Crp流向緩沖二極管Drp的電流減少，利用緩沖電容Crp與變壓器的一次繞組Lsl、 Ls2的諧振電流來(lái)使主二極管Dn的電流增加。
[0043] 另外，利用緩沖電容Crp與變壓器Trp及Trn的一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電 感的諧振電流來(lái)對(duì)緩沖電容Crp進(jìn)行充電。
[0044] 此時(shí)，在變壓器Trp的一次繞組Lsl與變壓器Trn的一次繞組Ls2的串聯(lián)電路上 施加有直流電源Vp及Vn的輸出電壓（Vp+Vn)與緩沖電容Crp中的電壓Vc的電壓差。一 次繞組Lsl及Ls2分別分擔(dān)上述電壓差的1/2的電壓。也就是說(shuō)，一次繞組Lsl及Ls2上 施加的電壓的值VL由以下式（1)表不。
[0045] VL = {(Vp+Vn)-Vc}/2 = (Vdc-Vc)/2 (1) 由于變壓器Tr的匝數(shù)比為1 :n，因此二次側(cè)感應(yīng)出n XVL的電壓。若緩沖電容Crp中 的電壓Vc上升，變壓器Trp、Trn的二次側(cè)電壓達(dá)到Vp = Vn = Vdc/2,則鉗位二極管Dfp、 Dfn分別導(dǎo)通，使得緩沖二極管Drp截止。此時(shí)的緩沖電容電壓的最大值VM由以下式（2) 表不。
[0046] VM = (1+1/n) X (Vp+Vn) = (1+1/n) XVdc (2) 此外，電流如圖2的步驟S3所示的虛線那樣流動(dòng)，流向緩沖電容Crp的電流變?yōu)?,緩 沖電容Crp變?yōu)椴贿M(jìn)行充電。由此，緩沖電容Crp中的電壓Vc被鉗位至電壓Vc的最大值 VM。此后，若通過(guò)鉗位二極管Dfp及Dfn而流動(dòng)的電流減小，并最終變?yōu)?,則鉗位二極管 Dfp、Dfn截止，通過(guò)電流路徑PT1、PT2的換流結(jié)束（步驟S3)。
[0047] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Tb時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通 控制。然而，對(duì)于從主二極管Dn流向負(fù)載的電流，主開(kāi)關(guān)Gn的導(dǎo)通方向與電流極性相反， 因此主開(kāi)關(guān)Gn不導(dǎo)通，電流通過(guò)主二極管Dn繼續(xù)流向負(fù)載（步驟S4)。也就是說(shuō)，對(duì)主開(kāi) 關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通控制時(shí)，電流不會(huì)流動(dòng)通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gn。由此，零電流開(kāi)關(guān)得以實(shí)現(xiàn)。
[0048] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Td (彡0)時(shí)，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srn 進(jìn)行導(dǎo)通控制。由此，緩沖電容Crn開(kāi)始放電。若該放電完成，緩沖電容Crn中的電壓變?yōu)?〇,則緩沖二極管Drn導(dǎo)通（步驟S5)。
[0049] 接下來(lái)，若緩沖二極管Drn導(dǎo)通，則來(lái)自直流電源Vn的電壓施加至輔助電抗器 Lrn。因此，若通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)Srn而流動(dòng)的電流趨于衰減，變?yōu)?,則輔助開(kāi)關(guān)Srn及緩沖二 極管Drn均變?yōu)榻刂梗ú襟ES6)。
[0050] 接下來(lái)，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srn進(jìn)行導(dǎo)通控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Tc時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行 截止控制。也就是說(shuō)，在主二極管Dn繼續(xù)導(dǎo)通，來(lái)自直流電源Vn的電流通過(guò)主二極管Dn 流向負(fù)載的狀態(tài)下，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止控制（步驟S7)。此時(shí)，由于主開(kāi)關(guān)Gn受到導(dǎo)通 控制但未導(dǎo)通，因此狀態(tài)沒(méi)有變化。
[0051] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Tb時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行導(dǎo)通 控制。由此，從主二極管Dn至主開(kāi)關(guān)Gp的換流開(kāi)始。然后，從直流電源Vp通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gp 而流動(dòng)的電流增加，變?yōu)榈扔谪?fù)載電流時(shí)，與此同時(shí)，通過(guò)主二極管Dn流動(dòng)的電流變?yōu)?， 主二極管Dn截止，該換流完成。
[0052] 此處，在主二極管Dn截止的瞬間，緩沖二極管Drn導(dǎo)通。此時(shí)，由于緩沖電容Crn 的電荷為〇,因此從直流電源Vp通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gp流動(dòng)的電流流向緩沖電容Crn。也就是說(shuō)， 由于主二極管Dn上未施加電壓，因此主二極管Dn不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。由此，零伏開(kāi)關(guān)得以 實(shí)現(xiàn)（步驟S8)。
[0053] 接下來(lái)，利用緩沖電容Crn與一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電感的諧振使得從緩 沖電容Crn流向緩沖二極管Drn的電流趨于減少。
[0054] 另外，利用緩沖電容Crn與變壓器Tr的一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電感的諧振 電流來(lái)對(duì)緩沖電容Crn進(jìn)行充電。此時(shí)，變壓器Tr的一次繞組Lsl與Ls2的串聯(lián)電路上施 加有直流電源Vp及Vn的輸出電壓（Vp+Vn ( = Vdc))與緩沖電容Crn中的電壓Vc的電壓 差。因此，一次繞組Lsl及Ls2分別分擔(dān)上述電壓差的1/2的電壓。即、一次繞組Lsl及 Ls2上施加的電壓的值VL由以下式（3)表示。
[0055] VL = {(Vp+Vn)-Vc}/2 = (Vdc-Vc)/2 (3) 由于變壓器Tr的匝數(shù)比為1 :n，因此二次側(cè)感應(yīng)出n XVL的電壓。若緩沖電容Crn中 的電壓Vc上升，變壓器Tr的二次側(cè)電壓達(dá)到Vp = Vn = Vdc/2,則鉗位二極管Dfp、Dfn導(dǎo) 通，使得緩沖二極管Drp截止。此時(shí)的電壓Vc的最大值VM由以下式（4)表示。
[0056] VM = (1+1/n) X (Vp+Vn) = (1+1/n) XVdc (4) 此外，電流如圖3的步驟S9所示的虛線那樣流動(dòng)，流向緩沖電容Crn的電流變?yōu)?,緩 沖電容Crn變?yōu)椴贿M(jìn)行充電。由此，緩沖電容Crn中的電壓Vc被鉗位至VM。此后，若通過(guò) 鉗位二極管Dfp、Dfn而流動(dòng)的電流減小，并最終變?yōu)?,則鉗位二極管Dfp、Dfn截止，通過(guò) 電流路徑PT1、PT2的換流結(jié)束（步驟S9)。
[0057] 接下來(lái)，來(lái)自直流電源Vp的電流通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gp流向負(fù)載（步驟S10)。
[0058] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行導(dǎo)通控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Td (彡0)時(shí)，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srp 進(jìn)行導(dǎo)通控制。由此，緩沖電容Crp開(kāi)始放電。若該放電完成，緩沖電容Crp中的電壓變?yōu)?〇,則緩沖二極管Drp導(dǎo)通（步驟S11)。
[0059] 接下來(lái)，若緩沖二極管Drp導(dǎo)通，則來(lái)自直流電源Vp的電壓施加至輔助電抗器 Lrp。因此，若通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)Srp而流動(dòng)的電流趨于衰減，變?yōu)?,則輔助開(kāi)關(guān)Srp及緩沖二 極管Drp均變?yōu)榻刂梗氐讲襟ES1的狀態(tài)（步驟S12)。
[0060] 本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器中，在通過(guò)諧振來(lái)使得緩沖電容Crp或 Crn過(guò)充電至比電源電壓Vdc還要高的電壓為止時(shí)，若緩沖電容中的電壓Vc達(dá)到電壓值 VM，則使電流通過(guò)變壓器Tr的一次繞組Lsl及Ls2而流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)移至變壓器Tr的二次 繞組Lfl、Lf2,充電電流不再流動(dòng)通過(guò)緩沖電容。因此，緩沖電容的充電停止，緩沖電容的最 大電壓被鉗位至VM。此處，通過(guò)使變壓器Tr的匝數(shù)比η為η > 2,從而VM變?yōu)閂dc的1. 5 倍以下。另外，若增大n，則VM?（Vp+Vn)，因此能夠?qū)⒕彌_電容中的電壓Vc抑制為無(wú)限接 近于電源電壓Vdc的值。
[0061] 接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器的步驟S3及步驟S4中的動(dòng) 作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0062] 圖5是以時(shí)序方式來(lái)表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器的步驟S3及 步驟S4中的電流流動(dòng)的圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器的步驟S3及 步驟S4中的電壓以及電流的波形圖。
[0063] 圖5中示出了步驟S3及步驟S4中的軟開(kāi)關(guān)逆變器101的等效電路。該等效電路 中省略了步驟S3及步驟S4中不導(dǎo)通的電路，并且，為了易于理解動(dòng)作，將變壓器Tr的部分 分成理想變壓器以及在各繞組中并聯(lián)存在的勵(lì)磁電感來(lái)詳細(xì)表示。
[0064] 也就是說(shuō)，Lsidl、Lsid2是理想變壓器的一次繞組，Lfidl、Lfid2是理想變壓器的二 次繞組。另外，L1是變壓器Tr的一次側(cè)的勵(lì)磁電感，L2是變壓器Tr的二次側(cè)的勵(lì)磁電感。 假設(shè)變壓器Tr的匝數(shù)比為1 :4來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0065] 該情況下，電壓V2 = 4XV1。電壓Vdc是將2個(gè)直流電源Vp及Vn合二為一的電 源，其輸出電壓值為Vdc = Vp+Vn。電壓Vc是緩沖電容Crp中的電壓，電壓VI是變壓器Tr 的一次繞組中的電壓，電壓V2是變壓器Tr的二次繞組中的電壓。另外，將各箭頭標(biāo)記的方 向設(shè)為正。
[0066] 此處，為了易于理解，對(duì)負(fù)載電流為0的情況進(jìn)行說(shuō)明。該情況下，在所述步驟S2 中，緩沖電容Crp完全不進(jìn)行充電，以該情況轉(zhuǎn)移至步驟S3。
[0067] 參照?qǐng)D5及圖6,在變壓器Tr的一次側(cè)施加（Vc-Vdc)的電壓。即、VI = (Vc-Vdc)/2。變壓器 Tr 的二次側(cè)電壓 V2 為 V2 = 2X (Vc-Vdc)。
[0068] 此處，以時(shí)序?qū)⒉襟ES3分割成3個(gè)模式1?3來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。即、模式1是步驟S3 開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)，模式2是鉗位二極管Dfp、Dfn導(dǎo)通后的狀態(tài)，模式3是緩沖二極管Drp截止 后的狀態(tài)。
[0069] 首先，步驟S3開(kāi)始時(shí)，由于電壓Vc為0,因此V2<0。因此，由于鉗位二極管Dfp、 Dfn不導(dǎo)通，所以電流不會(huì)流動(dòng)通過(guò)理想變壓器。該期間中，勵(lì)磁電感L1與緩沖電容Crp的 諧振電流13通過(guò)勵(lì)磁電感L1而流動(dòng)。由于諧振電流13流動(dòng)，因而緩沖電容Crp進(jìn)行充電。 由此，緩沖電容Crp中的電壓Vc增大，根據(jù)式（2)，在上升至Vc = 1. 25Vdc為止的情況下， V2 = 2X (Vc-Vdc) = Vdc/2。即、變壓器Tr的二次側(cè)電壓變?yōu)殡娫措妷篤dc的1/2倍（模 式1)。
[0070] 接下來(lái)，若變壓器Tr的二次側(cè)電壓達(dá)到電源電壓Vdc的1/2倍，則鉗位二極管 Dfp、Dfn導(dǎo)通。若鉗位二極管Dfp、Dfn導(dǎo)通，電流121、122通過(guò)理想變壓器的二次繞組 Lfidl、Lfid2而流動(dòng)，由于變壓器作用使得電流I2UI22的4倍的電流II通過(guò)理想變壓器的 一次繞組Lsidl、Lsid2而流動(dòng)。此處，電流II的作用使得緩沖電容Crp的充電電流即電流 13被抵消。因此，通過(guò)緩沖電容Crp及緩沖二極管Drp而流動(dòng)的電流13變?yōu)?,緩沖二極 管Drp截止。然后，由于緩沖電容Crp的充電結(jié)束，因此電壓Vc不再上升，所以電壓Vc維 持為1. 25 X Vdc (模式2)。
[0071] 接下來(lái)，若緩沖二極管Drp截止，則變壓器Tr的一次側(cè)的勵(lì)磁電流分別在理想變 壓器的一次繞組Lsidl、Lsid2中回流。此時(shí)，由于電流121、122持續(xù)在變壓器Tr的二次 側(cè)流動(dòng)，因此二次側(cè)施加有電源電壓Vdc/2。因此，由于變壓器作用而在變壓器Tr的一次 側(cè)感應(yīng)出VI = Vdc/8的電壓，由于該感應(yīng)電壓而使得通過(guò)勵(lì)磁電感L1而流動(dòng)的電流衰減， 最終變?yōu)?。其結(jié)果是，通過(guò)理想變壓器的一次繞組Lsidl、Lsid2而流動(dòng)的電流也變?yōu)?， 由于變壓器作用而使得通過(guò)二次繞組Lfidl、Lfid2而流動(dòng)的電流也變?yōu)?,因此二極管Dfp、 Dfn截止（模式3)。
[0072] 由此，本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器中，在通過(guò)諧振來(lái)使得緩沖電容 Crp過(guò)充電至比電源電壓Vdc還要高的電壓為止時(shí)，若緩沖電容Crp中的電壓Vc達(dá)到電壓 值VM，則使電流通過(guò)變壓器Tr的一次繞組Lsl及Ls2而流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)移至變壓器Tr的二 次繞組Lfl、Lf2,充電電流不再流動(dòng)通過(guò)緩沖電容Crp。因此，緩沖電容Crp的充電停止，緩 沖電容Crp的最大電壓被鉗位至VM。此處，通過(guò)使變壓器Tr的匝數(shù)比η為η > 2,從而VM 變?yōu)閂dc的1.5倍以下。另外，若增大η，則VM~ (Vp+Vn) =Vdc，因此能夠?qū)⒕彌_電容Crp 中的電壓Vc抑制為無(wú)限接近于電源電壓Vdc的值。
[0073][負(fù)期間的動(dòng)作] 圖7及圖8是以時(shí)序方式來(lái)表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行功率轉(zhuǎn) 換時(shí)的電流流動(dòng)的圖。此處，直流電源Vp的輸出電壓設(shè)為Vp，直流電源Vn的輸出電壓設(shè)為 Vn〇
[0074] 圖7及圖8中，緩沖電容Crp及Crn的旁邊所帶有的示出了緩沖電容的電 荷極性。
[0075] 圖4的橫軸表示時(shí)間，沿著該橫軸排列的"負(fù)期間"的各數(shù)字示出了圖7及圖8所 示的各步驟。
[0076] 參照?qǐng)D4、圖7、圖8,首先說(shuō)明如下?tīng)顟B(tài)（步驟S21) :S卩、對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通控 制，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srn及Srp進(jìn)行截止控制，從而電流通過(guò)主開(kāi)關(guān) Gn從直流電源Vn流向負(fù)載的狀態(tài)（步驟S21)。
[0077] 該狀態(tài)下，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止控制。由此，來(lái)自負(fù)載的電流換流至緩沖電容 Crn。由此，緩沖電容Crn進(jìn)行充電，緩沖電容Crn中的電壓變?yōu)榈扔谥绷麟娫碫n及Vp的 輸出電壓（Vn+Vp) =Vdc))的情況下，主二極管Dp導(dǎo)通。在主二極管Dp導(dǎo)通的情況下，來(lái) 自負(fù)載的電流通過(guò)主二極管Dp流向直流電源Vp (步驟S22)。
[0078] 此處，在步驟S22開(kāi)始時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止控制的情況下，電流流向緩沖電容 Crn。然后，主開(kāi)關(guān)Gn截止時(shí)，由于緩沖電容Crn的電荷為0,因此主開(kāi)關(guān)Gn上沒(méi)有施加電 壓。由此，零伏開(kāi)關(guān)得以實(shí)現(xiàn)。
[0079] 接下來(lái)，由于緩沖電容Crn與一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電感的諧振而使得從 緩沖二極管Drn流向緩沖電容Crn的電流趨于減少。
[0080] 另外,利用緩沖電容Crn與變壓器Tr的一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電感的諧振 電流來(lái)對(duì)緩沖電容Crn進(jìn)行充電。此時(shí)，在變壓器Tr的一次繞組Lsl與Ls2的串聯(lián)電路施 加有直流電源Vn及Vp的輸出電壓（Vn+Vp ( = Vdc))與緩沖電容Crn中的電壓Vc的電壓 差。一次繞組Lsl及Ls2分別分擔(dān)上述電壓差的1/2的電壓。也就是說(shuō)，一次繞組Lsl及 Ls2上施加的電壓的值VL由以下式（1)表不。
[0081] VL = {(Vn+Vp) -Vc} /2 = (Vdc-Vc) /2 (5) 由于變壓器Tr的匝數(shù)比為1 :n，因此二次側(cè)感應(yīng)出n XVL的電壓。若緩沖電容Crn中 的電壓Vc上升，變壓器Tr的二次側(cè)電壓達(dá)到輸出電壓（Vn+Vp)，則鉗位二極管Dfp、Dfn均 導(dǎo)通，使得緩沖二極管Drn截止。此時(shí)的電壓Vc的最大值VM由以下式（6)表示。
[0082] VM = (l+1/n) X (Vn+Vp) = (1+1/n) XVdc (6) 然后，電流如圖5的步驟S23所示的虛線那樣流動(dòng)，流向緩沖電容Crn的電流變?yōu)?,緩 沖電容Crn變?yōu)椴贿M(jìn)行充電。由此，緩沖電容Crn中的電壓Vc被鉗位至VM。此后，若通過(guò) 鉗位二極管Dfp、Dfn而流動(dòng)的電流減小，并最終變?yōu)?,則鉗位二極管Dfp、Dfn截止，通過(guò) 電流路徑PT1、PT2的換流結(jié)束（步驟S23)。
[0083] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Tb時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行導(dǎo)通 控制。然而，對(duì)于從負(fù)載流向主二極管Dp的電流，主開(kāi)關(guān)Gp的導(dǎo)通方向與電流極性相反， 因此主開(kāi)關(guān)Gp不導(dǎo)通，電流通過(guò)主二極管Dp繼續(xù)流向直流電源Vp (步驟S24)。即、對(duì)主開(kāi) 關(guān)Gp進(jìn)行導(dǎo)通控制時(shí)，電流不會(huì)流動(dòng)通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gp。由此，零電流開(kāi)關(guān)得以實(shí)現(xiàn)。
[0084] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行導(dǎo)通控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Td (彡0)時(shí)，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srp 進(jìn)行導(dǎo)通控制。由此，緩沖電容Crp開(kāi)始放電。若該放電完成，緩沖電容Crp中的電壓變?yōu)?〇,則緩沖二極管Drp導(dǎo)通（步驟S25)。
[0085] 接下來(lái)，若緩沖二極管Drp導(dǎo)通，則來(lái)自直流電源Vp的電壓施加至輔助電抗器 Lrp。因此，若通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)Srp而流動(dòng)的電流趨于衰減，變?yōu)?,則輔助開(kāi)關(guān)Srp及緩沖二 極管Drp均變?yōu)榻刂梗ú襟ES26)。
[0086] 接下來(lái)，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srp進(jìn)行導(dǎo)通控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Tc時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行 截止控制。即、在主二極管Dp繼續(xù)導(dǎo)通，來(lái)自負(fù)載的電流通過(guò)主二極管Dp流向直流電源Vp 的狀態(tài)下，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制（步驟S27)。此時(shí)，由于主開(kāi)關(guān)Gp受到導(dǎo)通控制但未 導(dǎo)通，因此狀態(tài)沒(méi)有變化。
[0087] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Tb時(shí)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通 控制。由此，從主二極管Dp至主開(kāi)關(guān)Gn的換流開(kāi)始。然后，從直流電源Vn通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gn 而流動(dòng)的電流增加，變?yōu)榈扔谪?fù)載電流時(shí)，與此同時(shí)，通過(guò)主二極管Dp而流動(dòng)的電流變?yōu)?0,主二極管Dp截止，該換流完成。
[0088] 此處，在主二極管Dp截止的瞬間，緩沖二極管Drp導(dǎo)通。此處，緩沖電容Crp的電 荷為0,因此來(lái)自直流電源Vp的電流流向緩沖電容Crp。即、由于主二極管Dp上未施加電 壓，因此主二極管Dp不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。由此，零伏開(kāi)關(guān)得以實(shí)現(xiàn)（步驟S28)。
[0089] 接下來(lái)，由于緩沖電容Crp與一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電感的諧振而使得從 緩沖電容Crp流向緩沖二極管Drp的電流趨于減少。
[0090] 另外,利用緩沖電容Crp與變壓器Tr的一次繞組Lsl及Ls2中的勵(lì)磁電感的諧振 電流來(lái)對(duì)緩沖電容Crn進(jìn)行充電。此時(shí)，在變壓器Tr的一次繞組Lsl與Ls2的串聯(lián)電路施 加有直流電源Vn及Vp的輸出電壓（Vn+Vp ( = Vdc))與緩沖電容Crp中的電壓Vc的電壓 差。一次繞組Lsl及Ls2分別分擔(dān)上述電壓差的1/2的電壓。也就是說(shuō)，一次繞組Lsl及 Ls2上施加的電壓的值VL由以下式（7)表示。
[0091] VL = {(Vn+Vp) -Vc} /2 = (Vdc-Vc) /2 (7) 由于變壓器Tr的匝數(shù)比為1 :n，因此二次側(cè)感應(yīng)出η X VL的電壓。若緩沖電容Crp中的 電壓Vc上升，變壓器Tr的二次側(cè)電壓達(dá)到輸出電壓（Vn+Vp ( = Vdc))，則鉗位二極管Dfp、 Dfn導(dǎo)通，使得緩沖二極管Drp截止。此時(shí)的電壓Vc的最大值VM由以下式（8)表示。
[0092] VM = (l+1/n) X (Vn+Vp) = (1+1/n) XVdc (8) 此外，電流如圖6的步驟S29所示的虛線那樣流動(dòng)，流向緩沖電容Crp的電流變?yōu)?,緩 沖電容Crp變?yōu)椴贿M(jìn)行充電。由此，緩沖電容Crp中的電壓Vc被鉗位至VM。此后，若通過(guò) 鉗位二極管Dfp、Dfn而流動(dòng)的電流減小，并最終變?yōu)?,則鉗位二極管Dfp、Dfn截止，通過(guò) 電流路徑PT1、PT2的換流結(jié)束（步驟S29)。
[0093] 接下來(lái)，來(lái)自負(fù)載的電流通過(guò)主開(kāi)關(guān)Gn而流向直流電源Vn (步驟S30)。
[0094] 接下來(lái)，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通控制后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間Td時(shí)（彡0)，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srn 進(jìn)行導(dǎo)通控制。由此，緩沖電容Crn開(kāi)始放電。若該放電完成，緩沖電容Crn中的電壓變?yōu)?〇,則緩沖二極管Drn導(dǎo)通（步驟S31)。
[0095] 接下來(lái)，若緩沖二極管Drn導(dǎo)通，則來(lái)自直流電源Vn的電壓施加至輔助電抗器 Lrn。因此，若通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)Srn而流動(dòng)的電流趨于衰減，變?yōu)?,則輔助開(kāi)關(guān)Srn及緩沖二 極管Drn均變?yōu)榻刂梗氐讲襟ES21的狀態(tài)（步驟S32)。
[0096] 本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器中，在通過(guò)諧振來(lái)使得緩沖電容Crn或 Crp過(guò)充電至比電源電壓Vdc還要高的電壓為止時(shí)，若緩沖電容中的電壓Vc達(dá)到電壓值 VM，則使電流通過(guò)變壓器Tr的一次繞組Lsl及Ls2而流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)移至變壓器Tr的二次 繞組Lfl、Lf2,使得充電電流不再流動(dòng)通過(guò)緩沖電容。因此，緩沖電容的充電停止，緩沖電 容的最大電壓被鉗位至VM。此處，通過(guò)使變壓器Tr的匝數(shù)比η為η > 2,從而VM變?yōu)閂dc 的1. 5倍以下。另外，若增大n，則VM ~ (Vp+Vn) = Vdc，因此能夠?qū)⒕彌_電容Crp中的電 壓Vc抑制為無(wú)限接近于電源電壓Vdc的值。
[0097] 軟開(kāi)關(guān)逆變器101重復(fù)進(jìn)行圖2及圖3所示的步驟S1?S12的動(dòng)作，以作為正期 間的動(dòng)作，并重復(fù)進(jìn)行圖7及圖8所示的步驟S21?S32的動(dòng)作，以作為負(fù)期間的動(dòng)作。軟 開(kāi)關(guān)逆變器101通過(guò)交替地進(jìn)行上述正期間的動(dòng)作及負(fù)期間的動(dòng)作，而將交流電提供至負(fù) 載。
[0098] 〈實(shí)施方式的軟開(kāi)關(guān)逆變器101與參考例的軟開(kāi)關(guān)逆變器10IX的比較〉 此處，為了易于理解本發(fā)明所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器101，與參考例的軟開(kāi)關(guān)逆變器 101X進(jìn)行比較來(lái)說(shuō)明。
[0099] 首先，圖9是表示參考例的軟開(kāi)關(guān)逆變器101X的結(jié)構(gòu)的圖。參照?qǐng)D1、圖9,與實(shí)施 方式的軟開(kāi)關(guān)逆變器101進(jìn)行比較，來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明參考例的軟開(kāi)關(guān)逆變器101X。軟開(kāi)關(guān)逆變 器101X包含保護(hù)電路51X，以取代軟開(kāi)關(guān)逆變器101的保護(hù)電路51。保護(hù)電路51X包含變 壓器Trx以及鉗位二極管Df。另外，變壓器TrX包含一次繞組Lsl、Ls2以及二次繞組Lf。
[0100] 換言之，軟開(kāi)關(guān)逆變器101與軟開(kāi)關(guān)逆變器101X相比，將鉗位二極管Df -分為 二，成為鉗位二極管Dfl、Df2,同樣，將變壓器Tr的二次繞組Lf 一分為二，成為二次繞組 Lfl、Lf2。該二次繞組Lfl及鉗位二極管Dfp串聯(lián)連接在電源端子TP及TCP之間。另一方 面，該二次繞組Lf2及鉗位二極管Dfn串聯(lián)連接在電源端子TCN及TN之間。此外，其他結(jié) 構(gòu)與軟開(kāi)關(guān)逆變器101相同，因此此處不重復(fù)說(shuō)明。
[0101] 與實(shí)施方式的保護(hù)電路51不同，若參考例的保護(hù)電路51X的緩沖電容（Csl、Cs2) 充電至規(guī)定電壓以上，則將設(shè)置于電流路徑PT上的鉗位二極管Df導(dǎo)通，使緩沖電容（Csl、 Cs2)的充電完成。
[0102] 此處，對(duì)構(gòu)成軟開(kāi)關(guān)逆變器101及軟開(kāi)關(guān)逆變器101X的緩沖電容上施加的最大電 壓進(jìn)行研究。
[0103] 對(duì)于施加在該參考例的緩沖電容Crp(Crn)的最大電壓VM，對(duì)其進(jìn)行與上述相同 的研究，得到（l+2/n)Vdc。另一方面，施加在實(shí)施方式所涉及的緩沖電容Crp(Crn)的最大 電壓VM通過(guò)式（4)、式（6)，得到（l+l/n)Vdc。
[0104] 此處由于η比2要大，因此施加在參考例的軟開(kāi)關(guān)逆變器101X的緩沖電容的最大 電壓取得小于2Vdc的電壓值。另一方面，施加在實(shí)施方式所涉及的軟開(kāi)關(guān)逆變器101的緩 沖電容的最大電壓能抑制為取得比1. 5Vdc要小的電壓值，可知電壓抑制效果要比參考例 要好。
[0105] 此外，在參考例的軟開(kāi)關(guān)逆變器101X中，通過(guò)增大匝數(shù)比n，也能減小施加電壓的 最大值。然而，由此將導(dǎo)致變壓器二次側(cè)的電壓變得非常高，變壓器、鉗位二極管均需要耐 高壓的元件，使得成本上升，因此沒(méi)有實(shí)用性。
[0106] 由此，通過(guò)采用實(shí)施方式的軟開(kāi)關(guān)逆變器101的結(jié)構(gòu)，能降低緩沖電容的最大電 壓，能使裝置小型化，降低成本。此外，主開(kāi)關(guān)Gp、Gn、主二極管Dp、Dn以及鉗位二極管Drp、 Drn的施加最大電壓值也同樣能降低。
[0107] 最后，利用附圖等來(lái)概括本發(fā)明的實(shí)施方式。 如圖1所示，實(shí)施方式的軟開(kāi)關(guān)逆變器101是將由具有第1電極及第2電極的直流電 源Vp、具有與直流電源Vp的第2電極相連的第1電極及第2電極的直流電源Vn所提供的 直流電轉(zhuǎn)換為交流電并提供給負(fù)載的功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置包括：主開(kāi)關(guān)Gp，該 主開(kāi)關(guān)Gp具有與直流電源Vp的第1電極進(jìn)行耦合的第1端、以及與負(fù)載進(jìn)行耦合的第2 端；主二極管Dp，該主二極管Dp以導(dǎo)通方向與主開(kāi)關(guān)Gp相反的方式與主開(kāi)關(guān)Gp并聯(lián)連接； 緩沖電容Crp，該緩沖電容Crp與主開(kāi)關(guān)Gp及主二極管Dp并聯(lián)連接；緩沖二極管Drp，該緩 沖二極管Drp以導(dǎo)通方向與主開(kāi)關(guān)Gp相同的方式，與緩沖電容Crp串聯(lián)連接，且連接在緩 沖電容Crp與主開(kāi)關(guān)Gp的第2端之間；輔助開(kāi)關(guān)Srp及輔助電抗器Lrp，該輔助開(kāi)關(guān)Srp 及輔助電抗器Lrp連接在直流電源Vp及直流電源Vn的連接節(jié)點(diǎn)、與緩沖電容Crp及緩沖 二極管Drp的連接節(jié)點(diǎn)之間，且互相串聯(lián)連接；主開(kāi)關(guān)Gn，該主開(kāi)關(guān)Gn具有與主開(kāi)關(guān)Gp的 第2端進(jìn)行耦合的第1端、以及與直流電源Vn的第2電極進(jìn)行耦合的第2端，并以導(dǎo)通方 向與主開(kāi)關(guān)Gp相同的方式進(jìn)行設(shè)置；主二極管Dn，該主二極管Dn以導(dǎo)通方向與主開(kāi)關(guān)Gn 相反的方式與主開(kāi)關(guān)Gn并聯(lián)連接；緩沖電容Crn，該緩沖電容Crn與主開(kāi)關(guān)Gn及主二極管 Dn并聯(lián)連接；緩沖二極管Drn，該緩沖二極管Drn以導(dǎo)通方向與主開(kāi)關(guān)Gn相同的方式，與緩 沖電容Crn串聯(lián)連接，且連接在緩沖電容Crn與主開(kāi)關(guān)Gn的第1端之間；輔助開(kāi)關(guān)Srn及 輔助電抗器Lrn，該輔助開(kāi)關(guān)Srn及輔助電抗器Lrn連接在直流電源Vp及直流電源Vn與 輔助開(kāi)關(guān)Srp或輔助電抗器Lrp的連接節(jié)點(diǎn)、與緩沖電容Crn及緩沖二極管Drn的連接節(jié) 點(diǎn)之間，且互相串聯(lián)連接；以及保護(hù)電路51，該保護(hù)電路51用于在施加在緩沖電容Crp上 的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情況下、或施加在緩沖電容Crn上的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情況 下，使從直流電源Vp及直流電源Vn流向緩沖電容Crp或緩沖電容Crn的充電電流流向其它 電流路徑，保護(hù)電路51包含變壓器Trp及變壓器Trn、鉗位二極管Dfp及鉗位二極管Dfp， 變壓器Trp具有連接在主開(kāi)關(guān)Gp的第2端與負(fù)載之間的一次繞組Lsl、以及連接在直流電 源Vp的第1電極與直流電源Vp的第2電極之間，與一次繞組進(jìn)行磁耦合的二次繞組LH， 變壓器Trn具有連接在主開(kāi)關(guān)Gn的第1端與負(fù)載之間的一次繞組Ls2、以及連接在直流電 源Vn的第1電極與直流電源Vn的第2電極之間，與一次繞組進(jìn)行磁耦合的二次繞組Lf2， 二次繞組Lsl與鉗位二極管Dfp串聯(lián)連接在直流電源Vp的第1電極與直流電源Vp的第2 電極之間，二次繞組Ls2與鉗位二極管Dfη串聯(lián)連接在直流電源Vn的第1電極與直流電源 Vn的第2電極之間，二次繞組Lsl與鉗位二極管Dfp串聯(lián)連接，一次繞組Lfl與一次繞組 Lf2串聯(lián)連接，一次繞組LH及一次繞組Lf2的連接節(jié)點(diǎn)與負(fù)載相連接。
[0108] 優(yōu)選為，如圖1所示，軟開(kāi)關(guān)逆變器101進(jìn)一步具備對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp、主開(kāi)關(guān)Gn、輔助 開(kāi)關(guān)Srp以及輔助開(kāi)關(guān)Srn進(jìn)行導(dǎo)通控制和截止控制的控制電路11。
[0109] 更優(yōu)選為，如圖4所示，通過(guò)在控制電路11在電流從功率轉(zhuǎn)換裝置流向負(fù)載的正 期間，主二極管Dn導(dǎo)通的期間內(nèi)對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srn進(jìn)行導(dǎo)通控制來(lái)使緩沖電容Crn放電，并 通過(guò)在電流從負(fù)載流向功率轉(zhuǎn)換裝置的負(fù)期間，主二極管Dp導(dǎo)通的期間內(nèi)對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srp 進(jìn)行導(dǎo)通控制來(lái)使緩沖電容Crp放電。
[0110] 更優(yōu)選為，如圖4所示，控制電路11在對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí) 間時(shí)對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行導(dǎo)通控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)輔助開(kāi)關(guān) Srn進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srn進(jìn)行導(dǎo)通控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止 控制，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gn進(jìn)行截止控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp 進(jìn)行導(dǎo)通控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srp進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)Srp進(jìn)行導(dǎo)通 控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)主開(kāi)關(guān)Gp進(jìn)行截止控制。
[0111] 本次所公開(kāi)的實(shí)施方式的所有方面均為示例，不應(yīng)該考慮為是對(duì)本發(fā)明的限定。 本發(fā)明的范圍并不由上述說(shuō)明表示而是由權(quán)利要求所表示，欲將等同于權(quán)利要求的意思及 范圍內(nèi)的所有變更也包括在內(nèi)。 標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0112] 11控制電路、51，51X保護(hù)電路、101，101X軟開(kāi)關(guān)逆變器、Crp, Crn緩沖電容、 Df，Df 1，Df2鉗位二極管、Dp, Dn主二極管、Drp，Drn緩沖二極管、Gp，Gn主開(kāi)關(guān)、Lsl, Ls2 - 次繞組、Lf，Lf 1，Lf2二次繞組、Lrp, Lrn輔助電抗器、Srp，Srn輔助開(kāi)關(guān)、PT1，PT2, PT電流 路徑。
【權(quán)利要求】
1. 一種功率轉(zhuǎn)換裝置，將由具有第1電極及第2電極的第1直流電源（Vp)、具有與所 述第1直流電源（Vp)的第2電極相連的第1電極及第2電極的第2直流電源（Vn)所提供 的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并提供給負(fù)載，其特征在于，包括： 第1主開(kāi)關(guān)（Gp)，該第1主開(kāi)關(guān)（Gp)具有與所述第1直流電源（Vp)的第1電極進(jìn)行 耦合的第1端、以及與所述負(fù)載進(jìn)行耦合的第2端； 第1主二極管（Dp)，該第1主二極管（Dp)以導(dǎo)通方向與所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)相反的 方式與所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)并聯(lián)連接； 第1緩沖電容（Crp)，該第1緩沖電容（Crp)與所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)及所述第1主二 極管（Dp)并聯(lián)連接； 第1緩沖二極管（Drp)，該第1緩沖二極管（Drp)以導(dǎo)通方向與所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp) 相同的方式，與所述第1緩沖電容（Crp)串聯(lián)連接，且連接在所述第1緩沖電容（Crp)與所 述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)的第2端之間； 第1輔助開(kāi)關(guān)（Srp)及第1輔助電抗器（Lrp)，該第1輔助開(kāi)關(guān)（Srp)及第1輔助電抗 器（Lrp)連接在所述第1直流電源（Vp)及所述第2直流電源（Vn)的連接節(jié)點(diǎn)、與所述第 1緩沖電容（Crp)及所述第1緩沖二極管（Drp)的連接節(jié)點(diǎn)之間，且互相串聯(lián)連接； 第2主開(kāi)關(guān)（Gn)，該第2主開(kāi)關(guān)（Gn)具有與所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)的第2端進(jìn)行耦合 的第1端、以及與所述第2直流電源（Vn)的第2電極進(jìn)行耦合的第2端，并以導(dǎo)通方向與 所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)相同的方式進(jìn)行設(shè)置； 第2主二極管（Dn)，該第2主二極管（Dn)以導(dǎo)通方向與所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)相反的 方式與所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)并聯(lián)連接； 第2緩沖電容（Crn)，該第2緩沖電容（Crn)與所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)及所述第2主二 極管（Dn)并聯(lián)連接； 第2緩沖二極管（Drn)，該第2緩沖二極管（Drn)以導(dǎo)通方向與所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn) 相同的方式，與所述第2緩沖電容（Crn)串聯(lián)連接，且連接在所述第2緩沖電容（Crn)與所 述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)的第1端之間； 第2輔助開(kāi)關(guān)（Srn)及第2輔助電抗器（Lrn)，該第2輔助開(kāi)關(guān)（Srn)及第2輔助電抗 器（Lrn)連接在所述第1直流電源（Vp)及所述第2直流電源（Vn)的連接節(jié)點(diǎn)、與所述第 2緩沖電容（Crn)及所述第2緩沖二極管（Drn)的連接節(jié)點(diǎn)之間，且互相串聯(lián)連接；以及 保護(hù)電路（51)，該保護(hù)電路（51)用于在施加在所述第1緩沖電容（Crp)上的電壓變 為規(guī)定值以上的情況下、或施加在所述第2緩沖電容（Crn)上的電壓變?yōu)橐?guī)定值以上的情 況下，使從所述第1直流電源（Vp)及所述第2直流電源（Vn)流向所述第1緩沖電容（Crp) 或所述第2緩沖電容（Crn)的充電電流流向其它電流路徑， 所述保護(hù)電路（51)包含： 第1變壓器（Trp)及第2變壓器（Trn);以及 第1鉗位二極管（Dfp)及第2鉗位二極管（Dfp), 所述第1變壓器（Trp)具有： 連接在所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)的第2端與所述負(fù)載之間的第1 一次繞組（Lsl);以及 連接在所述第1直流電源（Vp)的第1電極與所述第1直流電源（Vp)的第2電極之間， 與所述第1 一次繞組進(jìn)行磁耦合的第1二次繞組（Lfl)， 所述第2變壓器（Trn)具有： 連接在所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)的第1端與所述負(fù)載之間的第2 -次繞組（Ls2);以及 連接在所述第2直流電源（Vn)的第1電極與所述第2直流電源（Vn)的第2電極之間， 與所述第2 -次繞組進(jìn)行磁耦合的第2二次繞組（Lf2)， 所述第1二次繞組（Lfl)與所述第1鉗位二極管（Dfp)串聯(lián)連接在所述第1直流電源 (Vp)的第1電極與所述第1直流電源（Vp)的第2電極之間， 所述第2二次繞組（Lf 2)與所述第2鉗位二極管（Dfη)串聯(lián)連接在所述第2直流電源 (Vn)的第1電極與所述第2直流電源（Vn)的第2電極之間， 所述第1二次繞組（Lfl)與所述第1鉗位二極管（Dfp)串聯(lián)連接， 所述第1 一次繞組（Lsl)與所述第2 -次繞組（Ls2)串聯(lián)連接，所述第1 一次繞組 (Lsl)及所述第2 -次繞組（Ls2)的連接節(jié)點(diǎn)與所述負(fù)載相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述功率轉(zhuǎn)換裝置還具備對(duì)所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)、所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)、所述第1輔 助開(kāi)關(guān)（Srp)以及所述第2輔助開(kāi)關(guān)（Srn)進(jìn)行導(dǎo)通控制和截止控制的控制電路（11)。
3. 如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制電路（11)通過(guò)在電流從所述功率轉(zhuǎn)換裝置流向所述負(fù)載的正期間，所述第2 主二極管（Dn)導(dǎo)通的期間內(nèi)對(duì)所述第2輔助開(kāi)關(guān)（Srn)進(jìn)行導(dǎo)通控制來(lái)使所述第2緩沖 電容（Crn)放電，并通過(guò)在電流從所述負(fù)載流向所述功率轉(zhuǎn)換裝置的負(fù)期間，所述第1主二 極管（Dp)導(dǎo)通的期間內(nèi)對(duì)所述第1輔助開(kāi)關(guān)（Srp)進(jìn)行導(dǎo)通控制來(lái)使所述第1緩沖電容 (Crp)放電。
4. 如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制電路（11)在對(duì)所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)進(jìn)行截止控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)所述 第2主開(kāi)關(guān)（Gn)進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)進(jìn)行導(dǎo)通控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí) 對(duì)所述第2輔助開(kāi)關(guān)（Srn)進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)所述第2輔助開(kāi)關(guān)（Srn)進(jìn)行導(dǎo)通控制后經(jīng) 過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)進(jìn)行截止控制，對(duì)所述第2主開(kāi)關(guān)（Gn)進(jìn)行截止控 制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)進(jìn)行 導(dǎo)通控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)所述第1輔助開(kāi)關(guān)（Srp)進(jìn)行導(dǎo)通控制，對(duì)所述第1輔助開(kāi) 關(guān)（Srp)進(jìn)行導(dǎo)通控制后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)對(duì)所述第1主開(kāi)關(guān)（Gp)進(jìn)行截止控制。
【文檔編號(hào)】H02M1/34GK104145413SQ201280071073
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月2日
【發(fā)明者】細(xì)川靖彥 申請(qǐng)人:東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)株式會(huì)社