零电压过渡变频电源主电路的选择

           讨论了硬开关条件下变频电源中存在的种种问题之后，采用软开关技术是解决上述问题的一种较好的选择，其主要原因有：

   (1)可以明显地减小功率器件的关断损耗，如果能够解决功率器件开通时零电压问题，则会达到提高效率，更好利用器件，减小散热片和冷却器的体积的目的。

   (2)软开关技术是通过增加谐振电感和吸收电容构成谐振回路，在功率器件开通信号之前，使电容上的能量转移到谐振电感上，电容两端的电压（开关两端的电压）为零，使得功率器件在零电压下开通，避免在开关期间电容的充放电电流，避免电感电流通过负载，以减小开关器件开关过程的EMI。

   (3)可以大大提高开关频率。由于软开关技术的应用，开关器件的频率得以提高，就能够避免音频噪声，减小负载电流的毛刺，提高响应速度。

    谐振过渡软开关技术模式综合考虑了PWM技术和软开关技术的优点，这种电路的基本构想是在保持传统三相PWM逆变桥工作方式不变的情况下外加一个辅助的谐振电路。辅助谐振电路仅仅工作在逆变桥主功率开关器件工作状态改变时一个很短的瞬间，所以对辅助电路中开关功率的要求很小，又能为逆变桥上的所有开关管和二极管状态的改变提供软开关条件。另外，谐振过程充分利用了逆变桥中主开关上的寄生电容和跨接的关断吸收电容，所以，比较适合于现有的以IGBT为基本器件构成的三相变频电源主电路。在主电路设计方案的选择中考虑了以下的几个因素：

   (1)性能价格比的提高。在三相变频电源中采用软开关技术，一个最重要的目的就在于通过提高功率开关器件的开关频率来改善变频电源的输出性能，但是，为了实现软开关技术，需要在传统的硬开关技术变频电源电路中增加辅助谐振网络。谐振网络由谐振电感和辅助开关构成，辅助开关的增加，必然要导致成本的增加，当然，零电压过渡变频电源虽然增加了几个辅助开关和谐振电感，但又省掉了一些吸收元件。

   (2)控制方式的简化。在三相软开关技术变频电源中，增加了辅助开关，必然要为这些辅助开关设计控制电路，还需要按照一定的逻辑来实现。这种控制逻辑的复杂程度直接取决于主电路拓扑结构的选择。

   (3)微控制器的可实现性。在现有的变频电源中，控制器大多采用16位的CPU单片机，虽然其运算速度越来越快（比如，现在常用的DSP微处理器可以达到执行每条指令只需要50ns），但由于微处理器的硬件资源有限，所以，在软开关逆变器主电路的设计中，辅助开关的数量选择也是一个需要考虑的问题。比如，在拓扑中有的用了一个辅助开关，也有的用了6个辅助开关，各有各的优点。另外，还要考虑辅助电感的损耗问题。所以需要综合考虑。

    零电压过渡三相PWM软开关技术变频电源主电路的选择如图2-24所示。在该种电路中，对于每相桥臂，增加一组谐振元器件：一个单向导通开关，一个谐振电感和一个阻断或导通的二极管。这种电路相对于谐振直流环节变频电源结构来说，虽然对于每一相都需要一个辅助开关，但这个辅助开关的功率却只有主开关的几分之一，这是由于辅助开关的导通比很小。考虑到开关频率和谐振电感的设计，通常只有主开关体积的1/10左右。

    图2-24    ZVT-PWM三相变频器主电路结构示意图

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