谐振直流环软开关电路的技术研究

王静茹，邱 彬，王 华，陈爱容，荣 军,2



谐振直流环软开关电路的技术研究

王静茹1，邱 彬1，王 华1，陈爱容1，荣 军1,2

（1.湖南理工学院信息与通信工程学院，湖南岳阳414006；2. 复杂工业物流系统智能控制与优化湖南省重点实验室，湖南岳阳414006）

阐述了应用于电压型逆变器的谐振直流环电路的工作原理，给出了其在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真结果。通过仿真结果得出，谐振直流环电路可实现零电压开通，使开关损耗为零，但是电压uCr谐振峰值很高，增加了对逆变器开关器件耐压的要求。

谐振直流环 软开关 仿真

0 引言

所谓“软开关”是指通过引入谐振使功率开关管开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，它主要为解决电路中的开关损耗和开关噪声问题，提高开关频率，使电力电子装置实现小型化、轻量化。谐振直流环是适用于变频器的一种软开关电路，它主要应用于交流-直流-交流变换电路的中间直流环节。通过在直流环节中引入谐振，使电路中的整流器或逆变器工作在软开关的条件下。本文对应用于电压型逆变器的谐振直流环电路进行了研究，首先详细地阐述了该电路的工作原理，然后借助仿真软件MATLAB/Simulink对电路的工作波形进行了建模与仿真，最后通过仿真结果对电路进行了分析。

1 谐振直流环软开关电路的工作原理

谐振直流环软开关电路如图1所示。图1中，为输入直流电压，谐振电感、谐振电容和辅助开关S构成中间直流谐振环节。它用一个辅助开关S使逆变桥中所有的开关工作在零电压开通的条件下，但实际中S的开关动作可以用逆变电路中开关的直通与关断来代替。又由于电压型逆变器的负载通常为感性，而且在谐振过程中逆变电路的开关状态是不变的，因此在分析时可将图1所示的系统原理电路简化等效为图2，其理想化波形如图3所示，其工作原理分析如下：

0~1时段：0时刻之前，电感L的电流大于负载电流I，开关S处于通态，0时刻，S关断，电路发生谐振。因为，因此对充电，不断升高，直到时刻，。

图2 谐振直流环电路的等效电路

图3 谐振直流环电路的理想化波形

2 谐振直流环软开关电路在MATLAB/Simulink的建模与仿真

2.1仿真模型

在MATLAB/Simulink中建立谐振直流环软开关电路仿真模型如图4[2-4]所示，其仿真模型由直流电源、触发脉冲、电力MOSFET、RL负载、谐振电感以及谐振电容等模块构成。

2.2仿真结果及其分析

在MATLAB/Simulink中建立谐振直流环软开关电路仿真模型后，给出其仿真结果如图5所示。其中图5所示的仿真波形从上到下为功率开关管电压、开关管电流、负载电流和谐振电流。从图中可以看出当功率开关管电压为零，原因在于谐振时使电力MOSFET反并联的二极管导通，流过反向电流，使电力MOSFET的电压钳位为零，因此实现零电压开通，可以将开关损耗降为零，与理论分析完全一致。

图4 谐振直流环软开关电路的仿真模型

图5 谐振直流环软开关电路的仿真波形图

3 结束语

本文首先详细的阐述了谐振直流环软开关电路的工作原理，然后借助仿真软件对其工作过程进行了理论验证。仿真结果表明，谐振直流环软开关电路能够实现主电路功率开关管的零电压开通。相比较实际电路设计，借助MATLAB仿真软件能够简便以及低成本的验证其工作原理，为其实际应用打下了基础。

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Research on Technology of Resonant DC Link Soft Switching Circuit

Wang Jingru1, Qin Bin1, Wang Hua1, Chen Airong1, Rong Jun1,2

（1.Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, Hunan, China; 2. Key Laboratory of Hunan Province on Intelligent Control and Optimization of Complex Industrial Logistics System, Yueyang 414006, Hunan, China)

TM711

A

1003-4862（2017）08-0075-02

2017-03-29

湖南省科技计划项目经费资助（2016TP1021）和2016年岳阳市科技计划项目

王静茹(1996-)，女，本科在读，自动化专业。

荣军（1978-），男，硕士，讲师。专业方向：开关电源、电机控制。E-mail: rj1219@163.com