逆变器以及用于运行该逆变器的方法

专利名称：逆变器以及用于运行该逆变器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将输入侧的直流电压转换为输出侧的交流电压的逆变器，包 括具有四个半导体开关的H桥，其中至少一个半导体开关以切换方式运行(takten)，其中 此外在H桥和输出侧的交流电压连接端子之间设有存储扼流电路，其中存储扼流电路包括 空载路径，该空载路径具有用于在H桥的半导体开关的关断过程之后转换电流的空载二极 管。此外，本发明还涉及一种用于运行该逆变器的方法。
背景技术：
根据现有技术，公知有不同的逆变器拓扑结构。一种非常普遍的构型是所谓的H 桥。在此，四个半导体开关、尤其是IGBT布置在桥电路中。在此，通常借助于脉冲宽度调 制对以切换方式运行的半导体开关进行控制，以模拟所连接的交流电网的正弦电压变化过 程，其中切换频率是电网频率的四倍。逆变器越来越多地用于将来自替代能源一例如太阳能发电机或者燃料电池一的 能量馈给到公共交流电网中或者独立电网中。为了经济地设计能量获取形式，所有部件必 须具有高效率。这尤其适用于电网同步地变换所获取能量的逆变器。例如，JP 2001 320 884 A或者JP 2006 197 711 A描述了具有H桥的逆变器， 所述H桥的半导体开关无功率地进行开关并且因此使总损耗功率最小化。在此了解到零 电压开关(zero voltage switching (零电压开关)ZVS)和零电流开关(zero current switching (零电流开关)ZCS)ο另一损耗功率源是半导体开关关断之后的空载阶段。这由设置在输出侧的扼流电 路产生，所述扼流电路的扼流电流在半导体开关关断的情况下继续流动。逆变器电路内的 空载路径大多流过半导体开关的寄生二极管或者流过特地为此布置的空载二极管。因为在 这些二极管处通常在空载阶段开始时施加电压，所以在流过二极管的电流上升期间产生损 耗功率，该损耗功率为逆变器效率设置了上限。

发明内容
本发明所基于的任务在于，改进从现有技术中已知的逆变器，以便实现改善的效率。根据本发明，所述任务通过开始部分所述类型的方法解决，其中每个以切换方式 运行的半导体开关为了进行零电压开关与谐振电路耦合，所述谐振电路包括电容性谐振元 件和电感性谐振元件，其中空载路径包括并联电路形式的第一和第二空载二极管，其中所 述并联电路与电感性谐振元件串联并且其中第二空载二极管与电容性空载元件串联，这些 电容性空载元件作为谐振电路的元件在空载阶段开始时为了零电压开关第二空载二极管 而充电到相应的电压。在此使用在关断阶段期间在谐振电路中存储的能量，以便在以切换 方式运行的半导体开关的接通阶段中对电容性空载元件进行充电。在此，空载元件与第二 空载二极管串联，以便在空载阶段开始时使该第二空载二极管无电压。电容性空载元件在空载的第一时间片段中放电，其中第一空载二极管变为无电压而空载电流无损耗地转换到
第一空载二极管。因此，根据权利要求1的电路一方面能够无损耗地开关H桥的半导体开关而另一 方面能够实现在以切换方式运行的半导体开关关断后几乎无损耗的空载。在此有利的是，每个谐振电路包括谐振电容器和谐振扼流装置，其中空载电容器 通过耦合元件与谐振电容器连接并且其中空载路径的第一支路包括串联电路形式的第一 空载二极管和谐振扼流装置，并且其中空载路径的第二支路包括串联电路形式的第二空载 二极管、谐振扼流装置和空载电容器。在此，耦合元件例如通过用于在谐振振荡期间确定相 应电流方向的二极管电路或者通过变压器构成。因此，在以切换方式运行的半导体开关的 接通过程之后谐振电容器的能量通过耦合元件传输到空载电容器上，以便针对接下来的关 断过程确保无功率的空载。在本发明的一个实施方式中，H桥的第一半导体开关通过第一存储扼流装置和H 桥的第三半导体开关通过第二存储扼流装置与第一交流电压连接端子连接并且H桥的第 二半导体开关通过第三存储扼流装置和H桥的第四半导体开关通过第四存储扼流装置与 第二交流电压连接端子连接。此外，空载路径包括具有四个辅助半导体开关的另一H桥，其 中另一H桥的第一辅助半导体开关通过第一存储扼流装置和另一H桥的第三辅助半导体开 关通过第二存储扼流装置与第一交流电压连接端子连接，并且其中另一 H桥的第二辅助半 导体开关通过第三存储扼流装置和另一H桥的第四辅助半导体开关通过第四存储扼流装 置与第二交流电压连接端子连接。H桥和另一 H桥通过四个存储扼流装置与两个交流电压连接端子的这种连接具有 以下优点既在交流电压的正半波期间也在交流电压的负半波期间在不使用辅助半导体开 关中的寄生二极管的情况下提供空载路径。因此，避免了否则在空载期间由通常缓慢的寄 生二极管所造成的损耗。具有变压器作为耦合元件的电路的有利补充提出第三和第四辅助半导体开关的 连接与第一和第二辅助半导体开关的连接通过由第一空载二极管和谐振扼流装置构成的 串联电路连接，与第一空载二极管并联地布置有由第二空载二极管和空载电容器构成的串 联电路，此外第二空载二极管和空载电容器之间的连接点通过由第三二极管和第四二极管 构成的串联电路与第一和第二辅助半导体开关的连接相连，与第三二极管并联地布置有变 压器的次级绕组，所述变压器还包括两个初级绕组，其中第一初级绕组以一个端部与H桥 的第一和第二半导体开关的连接相连并且以另一端部通过第一谐振电容器与第一半导体 开关和第一存储扼流装置之间的连接相连以及通过第二谐振电容器与第二半导体开关和 第三存储扼流装置之间的连接相连，并且其中第二初级绕组以一个端部与H桥的第三和第 四半导体开关的连接相连并且以另一端部通过第三谐振电容器与第三半导体开关和第二 存储扼流装置之间的连接相连以及通过第四谐振电容器与第四半导体开关和第四存储扼 流装置之间的连接相连。在另一实施方式中，H桥的一半通过第一存储扼流装置与第一交流电压连接端子 连接并且H桥的另一半通过第二存储扼流装置与第二交流电压连接端子连接。此外，自由 路径包括具有四个辅助半导体开关的另一 H桥，其中另一 H桥的一半通过第一存储扼流装 置与第一交流电压连接端子连接并且另一H桥的另一半通过第二存储扼流装置与第二交流电压连接端子连接。如果辅助半导体开关具有快速的寄生二极管，则这种在逆变器输出端处仅仅具有 两个存储器扼流装置的电路是有利的，由此在空载期间损耗被保持得小。在两个以上所述 的实施方式中，在正半波期间第一和第四半导体开关以切换方式运行而在负半波期间第二 和第三半导体开关以切换方式运行。对于以上所述的两个实施方式，替代作为耦合元件的变压器，一种电路补充是有 利的，其中第三和第四辅助半导体开关的连接与第一和第二辅助半导体开关的连接通过由 第二谐振扼流装置、第一空载二极管和第一谐振扼流装置构成的串联电路连接，并且其中 与第一空载二极管并联地布置有由第二空载电容器、第二空载二极管和第一空载电容器构 成的串联电路。此外，第二空载二极管和第一空载电容器之间的连接点通过由第三二极管 和第四二极管构成的串联电路与第一和第二辅助半导体开关的连接相连并且第三和第四 辅助半导体开关的连接通过第六二极管和第五二极管与第二空载二极管和第二空载电容 器之间的连接点连接。此外，第三和第四二极管之间的连接点通过第一谐振电容器与第一 半导体开关和第二半导体开关的连接相连并且第五和第六二极管之间的连接点通过第二 谐振电容器与第三半导体开关和第四半导体开关的连接相连。因此，在谐振电容器、谐振扼流装置和空载电容器之间布置有简单的二极管电路 作为耦合元件。这些部件之间的电流在其诶换周期期间通过以下方式流动所述二极管电 路中的二极管如同空载二极管那样无损耗地导通。在此，切换周期由以切换方式运行的半 导体开关的一个接通过程到下一接通过程确定。为了零电压开关第一和第二半导体开关，使用第一谐振电路，所述第一谐振电路 包括第一谐振电容器、第一空载电容器和第一谐振扼流装置。包括第二谐振电容器、第二空 载电容器和第二谐振扼流装置的第二谐振电路用于零电压开关第三和第三半导体开关。在 此，在接通过程之前，谐振电容器充电到输入侧直流电压的几乎一半。本发明的另一实施方式提出，第一半导体开关和第四半导体开关之间的第一 H桥 连接端子通过第一存储扼流装置与第一交流电压连接端子连接，并且第二半导体开关和第 三半导体开关之间的第二H桥连接端子通过第二存储扼流装置与第二交流电压连接端子 连接，并且交流电压连接端子通过电网变压器的初级绕组彼此连接，此外，第三和第四半导 体开关的连接通过由第一空载二极管和第一扼流装置构成的串联电路与第一H桥连接端 子连接，与第一空载二极管并联地布置有由第二空载二极管和第一空载电容器构成的串联 电路，与第一半导体开关并联地布置有由第一谐振电容器和第四二极管构成的串联电路， 并且第二空载二极管和第一空载电容器之间的连接点通过第三二极管与第一谐振电容器 和第四二极管之间的连接点连接，此外第三和第四半导体开关的连接通过另一第一空载二 极管和第二谐振扼流装置的串联电路与第二 H桥连接端子连接，与另一第一空载二极管并 联地布置有由另一第二空载二极管和第二空载电容器构成的串联电路，与第二半导体开关 并联地布置有由第二谐振电容器和第五二极管构成的串联电路，并且另一第二空载二极管 和第二空载电容器之间的连接点通过第六二极管与第二谐振电容器和第五二极管之间的 连接点连接。因此所述实施方式被构造为具有电网变压器的逆变器。在此，通常仅仅一个半导 体开关以切换方式运行，即在正半波期间仅仅第一半导体开关以切换方式运行；第三半导体开关始终接通而第二和第四半导体开关始终关断。在负半波期间第二半导体开关以切换方式运行而第四半导体开关始终接通；第一 和第三半导体开关始终关断。取代另一 H桥，在此用于正半波的两个空载二极管和用于负半波的两个空载二极 管被配备有相应的谐振电路和空载电容器。有利的是，直流电压连接端子通过输入电容器彼此连接。尤其适当的是，在输入侧 连接有功率波动的能量源，例如太阳能发电机。同样有利的是，为了平滑输出侧的交流电压，交流电压连接端子通过输出电容器 彼此连接。一种用于驱动以上所述的逆变器的方法提出在切换周期开始时接通H桥的至少 一个半导体开关，在此将输入侧的直流电压引至相应谐振电路的电感性谐振元件上，由此 仍作为空载电流流过电容性谐振元件的电流减小并且其方向改变，并且随后借助于所述电 流将电容性谐振元件的能量传输到电容性空载元件上，在预给定的接通时间结束后重新关 断至少一个以切换方式运行的半导体开关并且空载电流的至少一部分流过第二空载二极 管、电容性空载元件和电感性谐振元件，直到电容性空载元件放电，并且剩余的空载电流流 过第一空载二极管和电感性谐振元件。因此，提供一种无源的、无损耗的方法以降低设计为 H桥的逆变器的半导体开关一尤其是IGBT—处的开关损耗。


以下参考附图示例性地说明本发明。图1示意性地示出具有四个输出侧存储扼流装置的无变压器的H桥电路和具有二 极管作为耦合元件的谐振电路。图2示意性地示出具有四个输出侧存储扼流装置的无变压器H桥电路，无谐振电 路。图3-6示意性地示出根据图2的电路，该电路在切换周期期间具有电流流动。图7-11示意性地示出根据图1的电路，该电路在切换周期期间具有电流流动。图12-14示意性地示出根据图1电路的电流和电压关于时间的变化过程。图15示意性地示出具有四个输出侧存储扼流装置的无电网变压器的H桥电路和 具有变压器作为耦合元件的谐振电路。图16-20示意性地示出根据图15的电路，该电路在切换周期期间具有电流流动。图21示意性地示出具有两个输出侧存储扼流装置的无变压器的H桥电路和具有 二极管作为耦合元件的谐振电路。图2216示意性地示出根据图21的电路，该电路在切换周期期间具有电流流动。图27- 示意性地示出根据图21电路的电流和电压关于时间的变化过程。图30示意性地示出具有电网变压器的H桥电路。图31示意性地示出具有电网变压器和谐振电路的H桥电路。图32-36示意性地示出根据图31的电路，该电路在切换周期期间在正半波时具有 电流流动。图37-41示意性地示出根据图31的电路，该电路在切换周期期间在负半波时具有
8电流流动。
具体实施例方式
在图1中示出本发明的第一实施方式。在该无变压器的实施方式中，具有四个半 导体开关S1、S2、S3、S4的H桥在输入侧连接到能量源1，例如电流源、电压源或者非线性源 (太阳能发电机)。在此，输入的电容器Cin在预给定的电压范围内缓冲能量。
第一半导体开关Sl通过第一存储扼流装置Ll与第一交流电压连接端子连接而第 三半导体开关S3通过第二存储扼流装置L2与第一交流电压连接端子连接。第二半导体开 关S2通过第三存储扼流装置L3与第二交流电压连接端子连接而第四半导体开关S4通过 第四存储扼流装置L4与第二交流电压连接端子连接。例如，用户电网2与两个逆变器连接 端子连接。在此，输出电容器Co负责平滑馈给到用户电网2中的电流。作为空载电路的一部分，布置有具有四个辅助半导体开关HS1、HS2、HS3、HS4的另 一 H桥。这些辅助半导体开关HSl、HS2、HS3、HS4与第一 H桥的半导体开关Si、S2、S3、S4 并联地连接到四个存储扼流装置L1、L2、L3、L4上。在此，以对于H桥示图常见的方式顺时 针地进行半导体开关Si、S2、S3、S4和辅助半导体开关HS1、HS2、HS3、HS4的计数。半导体 开关31、52、53、54和辅助半导体开关把1、把2、把3、把4例如被构造为IGBT。在图1中， 半导体开关Si、S2、S3、S4和辅助半导体开关HS1、HS2、HS3、HS4表示为分别具有寄生二极 管(Bodydiode 体二极管)的半导体开关。为了对半导体开关S1、S2、S3、S4进行零电压开关，布置有两个谐振电路。在此，第 一谐振扼流装置RLl的一侧与第四二极管D4的阴极连接。该第四二极管D4的阳极通过第 一谐振电容器RCl与第一和第二半导体开关Si、S2的桥连接相连。此外，第一谐振扼流装 置RLl的所述一侧与第一和第二辅助半导体开关HS1、HS2的桥连接相连。第一谐振扼流装 置RLl的另一侧与第一空载二极管Dl的阴极连接并且此外一方面通过第一空载电容器FCl 与第二空载二极管D2的阴极连接而另一方面通过第三二极管D3与第一谐振电容器RCl和 第四二极管D4之间的连接点相连接。在此，第三二极管D3在导通方向上从第一空载电容 器FCl连接至第一谐振电容器RCl。以相同的方式，第二谐振扼流装置RL2的一侧通过第六二极管D6和第二谐振电容 器RC2与第三和第四半导体开关S3、S4之间的桥连接相连。在此，第六二极管D6在导通 方向上从第二谐振扼流装置RL2连接至第二谐振电容器RC2。此外，第二谐振扼流装置RL2 的所述一侧与第三和第四辅助半导体开关HS3、HS4之间的桥连接相连。第二谐振扼流装置 RL2的另一侧一方面与第一空载二极管Dl的阳极连接而另一方面通过第二空载电容器FC2 与第二空载二极管D2的阳极连接。此外布置有第五二极管D5，该第五二极管D5具有从第 二谐振电容器RC2至第二空载电容器FC2的导通方向。简明起见，借助于无谐振电路的H桥来说明空载阶段期间的电流流动。相应的电 路在图2中示出。对图1相比，取代谐振电路和空载的元件而仅仅示出空载二极管D1，该空 在二极管Dl在导通方向上使第三和第四辅助半导体开关HS3、HS4的桥连接与第一和第二 辅助半导体开关HS1、HS2的桥连接相连。主电路由H桥组成，该H桥的半导体开关Si、S2、S3、S4借助于具有预给定切换频 率的控制装置来开关。借助于具有预给定电网频率(例如，50Hz)的控制装置来接通和关断辅助半导体开关HS1、HS2、HS3、HS4。在此，切换频率比电网频率高四倍。电路能够使存储扼流装置Li、L2、L3、L4的空载电流在正半波期间关断半导体开 关Si、S4之后或者在负半波期间关断半导体开关S2、S3之后仅仅流过整流二极管Dl而不 流过辅助半导体开关HS1、HS2、HS3、HS4的较慢开关的寄生二极管。在图3和图4中示出输出侧交流电流在正半波期间的开关阶段。以切换频率开关 第一和第四半导体开关S1、S4，第二和第三半导体开关S2、S3保持关断。第一和第四辅助半 导体开关HS1、HS4在正半波期间始终是接通的，两个另外的辅助半导体开关HS2、HS3或者 是关断的或者与第一 H桥的以切换方式运行的半导体开关Si、S4相反地以切换方式运行。在接通阶段期间(图3)，第一和第四半导体开关S1、S4是接通的。电流从能量源1 出发流过第一半导体开关Si、第一存储扼流装置Li、所连接的电网2并且继续流经第四存 储扼流装置L4以及半导体开关S4回到能量源1。在关断阶段期间(图4)，第一和第四半导体开关Si、S4是关断的。第一和第四存 储扼流装置L1、L4的空载电流流过空载二极管D1、第一和第四辅助半导体开关HS1、HS4并 且流经电网2。与正半波期间的开关阶段类似地，在图5和6中示出负半波期间的开关阶段。第 一和第四半导体开关S1、S4在负半波期间始终是关断的。第二和第三半导体开关S2、S3以 切换频率切换式地运行。第一和第四辅助半导体开关HS1、HS4或者是关断的或者与第一 H 桥的以切换方式运行的半导体开关S2、S3相反地以切换方式运行。两个另外的辅助半导体 开关HS2、HS3在负半波期间始终是接通的。在接通阶段期间(图5)，电流从能量源1出发流过第二半导体开关S2、第三存储扼 流装置L3、所连接的电网2并且流经第二存储扼流装置L2和第三半导体开关S3回到能量 源1。在随后的关断阶段期间(图6)，第二和第三半导体开关S2、S3是关断的。第二和 第三存储扼流装置L2、L3的空载电流又流过空载二极管Dl并且还流过第二和第三辅助半 导体开关HS2、HS3以及流经电网2。为了可以更好地阐述根据图1的电路的谐振开关特性，以下将一个切换周期(一 个接通阶段和一个关断阶段的序列)划分为多个时间片段。在图7至11中示出开始部分所述的具有谐振电路的实施方式(图1)，其中标出在 正半波期间在各个时间片段中出现的电流。在图12至14中示出电流和电压关于时间的相 应变化过程。切换周期在接通时刻t0以接通第一和第四半导体开关S1、S4开始。在此假定，在 即将接通之前第一和第四存储扼流装置Li、L4的空载电流经由第一和第四辅助半导体开 关HS1、HS4以及第一和第二谐振扼流装置RL1、RL2流过第一空载二极管D1。此外，第一谐 振电容器RCl充电到输入电容器Cin的电压的几乎一半(或者，例如在输入侧连接的太阳能 发电机的一半电压)，其中第一谐振电容器RCl的负电势位于第四二极管D4的阳极处。第 二谐振电容器RC2同样充电到输入电容器Cin的一半电压(或者，例如在输入侧连接的太阳 能发电机的一半电压)，其中第二谐振电容器RC2的正电势位于第六二极管D6的阴极处(图 7)。在图8中示出第一时间片段tO-tl。在此，接通第一和第四半导体开关S1、S4。来自输入侧能量源1的电流经由第一和第四半导体开关S1、S4流过第一和第四存储扼流装置 L1、L4。随着接通第一半导体开关Si，也激活由第一谐振电容器RC1、第一谐振扼流装置RLl 和第一空载电容器FCl组成的第一谐振电路。在此，由以下公式计算谐振频率ω" ω02 = 1/(((RC1*FC1)/(RC1+FC1))*RL1)。类似的情况适用于由第二谐振电容器RC2、第二谐振扼流装置RL2和第二空载电 容器FC2组成的第二谐振电路，该第二谐振电路通过接通第四半导体开关S4激活。通过接通第一半导体开关Si，第一辅助半导体开关HSl的发射极处的电势大幅 升高，第一谐振扼流装置RLl在此释放其存储的能量，所通过的方式是，第一谐振扼流装置 RLl以非常高的电压驱动其电流(两个谐振扼流装置RL1、RL2在一定程度上位于输入侧电 压处)。在非常短的时间之后，这两个电感RL1、RL2已经建立起它们的磁场。由此，第一空 载二极管Dl中的空载电流经由两个谐振扼流装置RL1、RL2变得接近于零。在图12-14中示出电流和电压关于时间的相应变化过程，其中分别在最上面的图 中示出第一半导体开关Sl处的栅极源极电压Sl-Uffl。在图12中，在其下面在图中示出第一 半导体开关Sl的漏极电流SI-Id和漏极电压Sl-队。随后，由上至下是第一谐振电容器RCl 的电流RCl-I和电压RCl-U关于时间的图、第一空载电容器FCl的电流FCl-I和电压FCl-U 关于时间的图以及第一谐振扼流装置RLl的电流RLl-I和电压RLl-U关于时间的图。图13由上至下示出第一空载二极管Dl的电流Dl-I和电压D1-U、第二空载二极管 D2的电流D2-I和电压D2-U、第三空载二极管D3的电流D3-I和电压D3-U以及第四空载二 极管D4的电流D4-I和电压D4-U。最后，在图14中由上至下示出流过第一半导体开关Sl的电流Sl-I和输入电流Iin 关于时间的图、第一存储扼流装置Ll中的电流Ll-I (输出电流)和流过第一辅助半导体开 关HSl的电流HSl-I关于时间的图、流过第一辅助半导体开关的HSl的寄生二极管的电流 BDHSl-I和流过第一辅助半导体开关的HSl的电流HSl-I关于时间的图以及流过第二辅助 半导体开关的HS2的寄生二极管的电流BDHS2-I和第一存储扼流装置Ll中的电流Ll-I关 于时间的图。在图13中在第一时间片段tO-tl中标示出以上所述的空载电流Dl-I至零的下 降，所述第一时间片段to-tl在图12至14的时间轴上标记出。在随后的第二时间片段tl_t2 (图9、图12-14)中，流过谐振扼流装置RL1、RL2的 电流方向反转。这在谐振扼流装置RL1、RL2 —旦不再存储有能量时发生。随后，电流一方 面经由第一空载电容器FCl和第三二极管D3流到第一谐振电容器RCl中而另一方面经由 第二谐振电容器RC2和第五二极管D5流到第二空载电容器FC2中。在此，使谐振电容器 RCl、RC2放电并且电感RLl、RL2中的能量重新上升，从而可以进行振荡。第一谐振电容器RCl的电荷以谐振频率的半周期振荡到第一空载电容器FCl上。 这通过经由第一半导体开关Si、第一辅助半导体开关HSl的寄生二极管、第一谐振扼流装 置RLl和第三二极管D3的电流流动实现。同样地，第二谐振电容器RC2的电荷以谐振频率的半周期振荡到第二空载电容器 FC2上，其中在此电流流经第四半导体开关S4、第五二极管D5、第二谐振扼流装置RL2和第 四辅助半导体开关HS4的寄生二极管。如在图13中所示，第一空载二极管Dl以零电压关断而第三以及第五二极管D3、D5以零电压接通。因此，在这些二极管上不损失损耗功率。在随后的第三时间片段t2_t3 (图10、图12-14)中，谐振电容器RC1、RC2的电荷 完全转移到空载电容器FC1、FC2上。第三二极管D3同样如第五二极管D5那样以零电流关 断并且阻止谐振电路RCl、FCl、RLl或RC2、FC2、RL2中的进一步振荡。来自能量源1的电 流继续经由第一和第四半导体开关Si、S4在第一和第四存储扼流装置Li、L4中流动。在第四时间片段t3_t4 (图11、图12-14)开始时，借助于相应的控制装置(例如， 按照脉冲宽度调制方法)来关断第一和第四半导体开关Si、S4。来自能量源1的电流继续 流经并联支路——即流经谐振电容器RC1、RC2，流经第四和第六二极管D4、D6以及流经第 一和第四辅助半导体开关HS1、HS4。在此，谐振电容器RC1、RC2非常快地被存储扼流装置 L1、L4中的电流充电。同时，空载电容器FC1、FC2经由第二空载二极管D2、谐振扼流装置RL1、RL2、第一 和第四辅助半导体开关HS1、HS4和存储扼流装置L1、L4向所连接的电网2输出该空载电容 器FC1、FC2的电荷。在此，空载电容器FC1、FC2被完全放电。因此，第一辅助半导体开关 HSl的集电极与第四辅助半导体开关HS4的发射极之间的电压随着谐振电容器RC1、RC2中 的电荷增加和空载电容器FC1、FC2中的电荷减少连续地降低到近似于零。在随后的第五时 间片段t4-t5 (图7、图12-14)中，第一空载二极管Dl重新接收空载电流。在所述第五时间片段t4_t5开始时，谐振电容器RC1、RC2完全充电并且来自能量 源1的电流变成零。同时，两个空载电容器FC1、FC2完全放电。第二空载二极管D2在零 电压时关断并且第一空载二极管Dl在零电压时接通。因此，在零电压时空载电流从第二空 载二极管D2转换至第一空载二极管D1，而在此不产生损耗功率。随后，由大的存储扼流装 置L1、L4驱动的空载电流流经谐振电容器RL1、RL2和第一空载二极管直到下一个接通时刻 t5=t0o同样的描述适用于负半波，其中第二和第三半导体开关S2、S3作为以切换方式运 行的开关而第二和第三辅助半导体开关HS2、HS3作为接通的空载开关。在此，电流流过第 二和第三存储扼流装置Li、L3。在图15中示出替代的实施方式。从根据图2的基本电路出发，在此设置具有变压 器T作为耦合元件的谐振电路。为此，首先与第一空载二极管Dl串联地连接谐振扼流装置 RL。与第一空载二极管Dl并联地，第二空载二极管D2与空载电容器FC串联布置。第二空 载二极管D2与空载电容器之间的连接点通过第三和第四二极管D3、D4连接到第一与第二 辅助半导体开关HS1、HS2之间的桥连接。在此，与第三二极管并联地布置有变压器T的次 级绕组，其中该次级绕组的绕组始端与第三二极管D3的阴极和第四二极管D4的阳极连接。 绕组末端与第二空载二极管D2的阴极和空载电容器FC的一侧连接。为此，在变压器T处设有两个与次级绕组反向缠绕的初级绕组。第一初级绕组以 绕组始端一方面通过第一谐振电容器RCl与第一半导体开关Sl和第一存储扼流装置Ll之 间的连接相连而另一方面通过第二谐振电容器RC2与第二半导体开关S2和第三存储扼流 装置L3之间的连接相连。第一初级绕组的绕组末端与第一和第二半导体开关Si、S2之间 的桥连接相连。以相同的方式，第二初级绕组的绕组始端与第三和第四半导体开关S3、S4之间的 桥连接相连，并且第二初级绕组的绕组末端一方面通过第三谐振电容器RC3与第三半导体开关S3和第二存储扼流装置L2之间的连接相连而另一方面通过第四谐振电容器RC4与第 四半导体开关S4和第四存储扼流装置L4之间的连接相连。图16至20示出在一个切换周期期间在之前定义的时间片段t0-tl、tl-t2、t2_t3、 t3-t4和t4-t5中在正半波期间的电流流动。在即将接通第一和第四半导体开关Si、S4之前，第一和第四存储扼流装置Li、L4 的空载电流经由电网流过第一和第四辅助半导体开关、第一空载二极管Dl以及谐振扼流 装置RL (图16)。在接通第一和第四半导体开关Si、S4之后的第一时间片段tO-tl中，来自能量源 1的电流开始流动。在随后的第二时间片段tl_t2期间，第二和第四谐振电容器RC1、RC4的电荷经由 变压器T、谐振扼流装置RL和第四二极管D4转移到空载电容器FC上。在第三时间片段t2_t3中，来自能量源1的电流经由第一和第四半导体开关Si、 S4以及第一和第四存储扼流装置L1、L4流到所连接的电网2中(图19)。该时间片段t2_t3 以关断第一和第四半导体开关Si、S4结束。在图20中示出由此开始的第四时间片段t3_t4。在此，来自能量源1的电流 继续流经第一和和第四谐振电容器RC1、RC4以及变压器T，该变压器T处于流通阶段 (Flussphase),因为布置在次级侧的第三二极管D3是导通的。这一直进行，直到两个谐振 电容器RC1、RC4充电。同时，空载电容器FC经由第二空载二极管D2、谐振扼流装置RL以及第一和第二辅 助半导体开关HS1、HS4向电网2输出其电荷。在该时间片段t3-t4结束时，两个谐振电容 器RC1、RC4完全充电并且来自能量源1的电流变为零。同时，空载电容器FC完全放电并且 空载电流在零电压下从第二空载二极管D2转换到第一空载二极管D1。在随后的第五时间片段t4_t5中，第一和第四存储扼流装置Li、L4的空载电流流 经第一空载二极管D1、谐振扼流装置RL以及第一和第四辅助半导体开关HS1、HS4，直到第 一和第四半导体开关Si、S4重新接通。在负半波期间进行相同的过程，其中在此第二和第三半导体开关S2、S3以切换方 式运行，第二和第三谐振扼流装置RC2、RC3是激活的并且第二和第三辅助半导体开关HS2、 HS3是持续接通的。本发明的所示实施方式具有以下优点所有参与的电路部件(半导体开关和二极 管)或者在零电压下或者在零电流下接通或关断。以此方式，使逆变器的开关损耗降低至最如果空载二极管具有小的开关损耗并且半导体开关经受显著的开关损耗，如在使 用IGBT时的情形那样，则可以通过在逆变器的输出端处布置仅仅两个存储扼流装置L1、L2 以取代到目前为止所述的四个存储扼流装置L1-L4来简化方案。在图21中示出相应的电 路。与图1中的电路不同，在此在H桥中第一和第四半导体开关Si、S4彼此连接。同 样，第二和第三半导体开关S2、S3彼此连接。这些连接分别通过存储扼流装置Li、L2与交 流电压输出端连接。与此并联地布置有用于空载的另一 H桥，其中在此第一和第四辅助半 导体开关HS1、HS4以及第二和第三辅助半导体开关HS2、HS3也彼此连接。
图27至四示出电压和电流的变化过程，其中表示形式与图12-14中的表示形式 相对应。这样的电路的一般电路条件如下。在正半波期间，第一和第三半导体开关Si、S3 以切换频率切换式地运行，而第二和第四半导体开关S2、S4持续地保持关断。第一和第三 辅助半导体开关HS1、HS3在正半波期间始终是接通的，相反第二和第四辅助半导体开关 HS2、HS4或者是关断的或者与半导体开关Si、S3相反地以切换方式运行。在负半波期间，第二和第四半导体开关S2、S4以切换方式运行并且第一和第三半 导体开关S1、S3保持关断。第一和第三辅助半导体开关HS1、HS3或者是关断的或者与半导 体开关S1、S3相反地以切换方式运行。第二和第四辅助半导体开关HS2、HS4在负半波期间 始终是接通的。随后，又根据电路图(图22-26)和根据图示(图27-29)描述正半波期间所定义的 时间片段tO-tl、tl-t2、t2-t3、t3-t4和t4-t5的顺序。具有两个谐振电容器RC1、RC2、两 个谐振扼流装置RL1、RL2、两个空载电容器RC1、RC2、第一和第二空载二极管D1、D2以及第 三、第四、第五和第六二极管D3、D4、D5、D6的谐振电路的布置在此对应于在图1中示出的布置。在空载阶段结束时在即将接通之前，空载电流被分配到第一空载二极管Dl和第 二和第四辅助半导体开关HS2、HS4的反并联的或寄生的二极管上(图22，图27-29)。在第一时间片段tO-tl期间在接通第一和第三半导体开关Si、S3之后，来自能量 源1的电流经由所述第一和第三半导体开关S1、S3和两个存储扼流装置L1、L2流进所连接 的电网2。因此如在之前所述的实施方式中，空载电流经由第一空载二极管和两个谐振扼流 装置RL1、RL2变为零(图23，图27-29)。以与之前相同的方式，在接下来的时间片段tl_t2期间第一谐振电容器RCl的电 荷以谐振频率的半周期经由第一半导体开关Si、第一辅助半导体开关HSl的寄生二极管、 第一谐振扼流装置RLl以及第三二极管D3振荡到第一空载电容器FCl上。与此类似地，第 二谐振电容器RC2的电荷经由第五二极管D5、第二谐振扼流装置RL2、第三辅助半导体开关 HS3的寄生二极管以及第三半导体开关S3转移到第二空载电容器FC2上(图24，图27-29)。如在图观中所示，在此在零电压下关断第一空载二极管并且在零电压下接通第 三和第五二极管D3、D5。在接下来的时间片段t2_t3中，谐振电容器RC1、RC2的电荷完全转移到空载电容 器FC1、FC2上并且第三和第五二极管D3、D5在零电流下关断。这阻止谐振电路RCl、FCl、 RLl或RC2、FC2、RL2的继续振荡。来自能量源1的电流经由接通的半导体开关S1、S3和存 储扼流装置Li、L2流到电网2中(图25，图27-29)。第四时间片段t3_t4的开始由关断第一和第三半导体开关S1、S3来标记。来自能 量源1的电流继续通过谐振电容器RCl或RC2流经第四二极管D4或第六二极管D6和第一 辅助半导体开关HSl或第三辅助半导体开关HS3，直到两个谐振电容器RCl或RC2充电。同时，空载电路电容器FC1、FC2 一直经由第二空载二极管D2、第一和第三辅助半 导体开关HS1、HS3和谐振扼流装置RL1、RL2以及线圈扼流装置Li、L2向电网输出其电荷， 直到所述空载电路电容器FC1、FC2完全放电(图26，图27-29)。在第五时间片段t4_t5开始时，谐振电容器完全充电并且来自能量源1的电流变
14为零。同时，空载电容器完全放电并且空载电流在零电压下从第二空载电容器D2转换到第 一空载电容器Dl上以及第二和第四辅助半导体开关HS2、HS4的并联的寄生二极管或反并 联的二极管上。随后，空载电流分配到第一空载二极管Dl上和第二和第四辅助半导体开关HS2、 HS4的并联的寄生二极管或反并联的二极管上，直到进行下一接通过程(图22，图27-29)。负半波期间的顺序以相同的方式进行，其中在此第二和第四半导体开关S2、S4以 切换方式运行并且第二以及第四辅助半导体开关HS2、HS4是接通的。本发明的另一实施方式涉及一种逆变器，该逆变器具有用于对在输入侧连接的能 量源1和在输出侧连接的交流电网2进行电流分离的电网变压器。在此，如已知的那样，具有四个半导体开关Si、S2、S3、S4的H桥在输入侧与能量 源1连接而在输出侧通过存储扼流装置Li、L2与电网变压器Tn的初级绕组连接。在输入 侧，在必要时布置有输入电容器Cin和与初级绕组并联地布置有输出电容器Co。通过电网 变压器Tn的次级绕组实现与电网2的连接(图30)。在这样的实施方式中，非对称地连接以切换频率切换式地运行的半导体开关。因 此在正半波期间第二和第四半导体开关S2、S4始终是关断的，第三半导体开关S3始终是接 通的而第一半导体开关Sl以切换方式运行。由于电网变压器的电势分离可以避免中间电路在此出现的单侧跳变。相反，在无 变压器的逆变器中，必须始终对称地以切换方式运行H桥，因为否则会以切换频率出现电 压源1相对于地的电压跳变。这尤其是在使用太阳能发电机时需要避免，以便不缩短太阳 能发电机隔离的使用寿命或者不造成严重的EMV问题。此外，可能由于太阳能发电机/地 电容的电荷转移导致显著的开关损耗。在以切换方式运行的半导体开关Sl关断之后，空载电流流经第四半导体开关S4 的反并联的或寄生的二极管和接通的第三半导体开关S3。在负半波期间，第二半导体开关S2以切换方式运行，第四半导体开关S4始终保持 接通而第一和第三半导体开关Si、S3始终保持关断。在此，空载电流流经第三半导体开关 S3的反并联的或寄生的二极管并且流经接通的第四半导体开关S4。替代于此地，在两个半波期间，可以交替地控制持续接通的半导体开关S3或S4和 以切换方式运行的半导体开关Sl或S2。随后，在正半波期间，第三半导体开关S3也以切换 方式运行并且第一半导体开关Sl也持续地接通。在负半波期间，第四半导体开关S4可以 以切换方式运行并且第二半导体开关S2可以被接通。在图31中示出用于具有电网变压器的逆变器的谐振电路的实施方式。对于第一半导体开关Si，第一空载二极管D1、第三和第四二极管D3、D4、第一空载 电容器FC1、第一谐振电容器RCl以及第一空载扼流装置RLl形成第一振荡回路。在此，第 一空载二极管Dl取代图30中第四半导体开关S4的反并联的或寄生的二极管。第一空载二极管Dl以其阳极与第三和第四半导体开关S3、S4之间的桥连接相连。 阴极通过第一谐振扼流装置RLl与第一和第四半导体开关S1、S4的桥连接相连。与第一空 载二极管Dl并联地，第二空载二极管D2与第一空载电容器FCl串联。第一和第二半导体 开关S1、S2的桥连接通过第一谐振二极管RCl与第四二极管D4的阳极连接，该第四二极管 D4的阴极与第一和第四半导体开关Si、S4的桥连接相连。第一谐振电容器RCl与第四二极管D4之间的连接点与第三二极管D3的阴极连接，该第三二极管D3的阳极与第二空载二 极管D2和第一空载电容器FCl之间的连接点连接。对于第二半导体开关S2，另一第一空载二极管D1’、第五和第六二极管D5、D6、第 二空载电容器FC2、第二谐振电容器RC2以及第二空载扼流装置RL2形成振荡回路。该振 荡回路以上述方式布置在第二和第三半导体开关S2、S3的桥连接与第三和第四半导体开 关S3、S4的桥连接之间，其中与另一第一空载二极管D1’并联地设置有与第二空载电容器 FC2串联的另一第二空载二极管D2’。在图32-36中示出在正半波期间在之前定义的时间片段tO-tl、tl_t2、t2_t3、 t3-t4和t4-t5中的谐振开关特性的电流流动。在即将接通第一半导体开关Sl之前，存储扼流装置L1、L2中的空载电流通过第一 空载二极管Dl流经第三半导体开关S3、第一谐振扼流装置RLl以及流经电网变压器Tn(图 32)。第一时间片段tO-tl (图33)以接通第一半导体开关Sl开始。来自能量源1的电 流流过第一半导体开关Si、流过存储扼流装置L1、L2以及电网变压器Tn的初级绕组并且流 经第三半导体开关S3。在此，也接通第一谐振电路RC1、RL1、FC1，该第一谐振电路以下面的 谐振频率ω ^开始振荡
ω02 = 1/(((RC1*FC1)/(RC1+FC1))*RL1)。由此，第一空载二极管Dl中的空载电流经由第一谐振扼流装置RLl变为零。在随后的时间片段tl_t2 (图34)中，第一谐振电容器RCl的电荷以谐振频率的半 周期振荡到第一空载电容器FCl上。在此，电流流过第一半导体开关Si、第一谐振扼流装置 RLl并且流经第三二极管D3。在第三时间片段t2_t3开始时(图35)，第一谐振电容器RCl的电荷完全转移到第 一空载电容器FCl上并且第三二极管D3以零电流关断。由此，阻止谐振电路RC1、FC1、RL1 中的继续振荡。来自能量源1的电流继续流过第一和第三半导体开关Si、S3、存储扼流装 置L1、L2以及电网变压器Tn的初级绕组。第四时间片段t3_t4(图36)以关断第一半导体开关Sl开始。第三半导体开关S3 保持接通。通过第三半导体开关S3，继续来自能量源1的电流流过第一谐振电容器RC1、第 四二极管D4，流经存储扼流装置Li、L2和电网变压器TN，直到第一谐振电容器RCl充电。同时，第一空载电容器FCl经由第一谐振扼流装置RL1、存储扼流装置L1、L2、电网 变压器Tn、第三半导体开关S3和第二空载二极管D2向电网2输出其电荷，直到第一空载电 容器FCl完全充电。在最后的时间片段t4_t5 (图32)开始时，第一谐振电容器RCl完全充电并且来自 能量源1的电流变为零。同时，第一空载电容器FCl完全放电并且空载电流在零电压下从 第二空载二极管D2转换到第一空载二极管Dl上。随后，存储扼流装置Li、L2的空载电流 流过第一空载二极管D1、流经第三半导体开关S3、第一谐振扼流装置RLl以及电网变压器 Tn的初级绕组，直到重新接通第一半导体开关Si。在图37-41中，示出了负半波期间切换周期的相应变化过程。在接通时刻t0不久 之前，存储扼流装置L1、L2的空载电流流过初级绕组、第四半导体开关S4、另一第一空载二 极管D1，和第二谐振扼流装置RL2。
在第一时间片段tO-tl开始时(图38)，接通第二半导体开关S2并且来自能量源1 的电流经由第二半导体开关S2流过存储扼流装置L1、L2、初级绕组以及经由持续接通的第 四半导体开关S4。此外，接通第二谐振电路RC2、RL2、FC2，该第二振荡电路以下面的谐振频 率ω ^开始振荡
ω02 = 1/(((RC2*FC2)/(RC2+FC2))*RL2)。由此，另一第一空载二极管D1’中的空载电流经由第二谐振扼流装置RL2变为零。在随后的第二时间片段tl_t2 (图39)中，第二谐振电容器RC2的电荷以谐振频率 的半周期振荡到第二空载电容器FC2上。在此，电流流过第六二极管D6、第二半导体开关 S2和第二谐振扼流装置RL2。在第三时间片段t2_t3开始时(图40)，第二谐振电容器RC2的电荷完全转移到第 二空载电容器FC2上。第六二极管D6以零电流关断并且阻止谐振电路RC2、FC2、RL2的继 续振荡。来自能量源1的电流继续流经第二和第四半导体开关S2、S4、存储扼流装置L1、L2 和初级绕组。第四时间片段t3_t4(图41)以关断第二半导体开关S2开始。第四半导体开关S4 保持接通并且通过该第四半导体开关S4来自能量源1的电流流过第二谐振电容器RC2，流 经第五二极管D5、存储线圈Li、L2和初级绕组，直到第二谐振电容器RC2充电。同时，第二空载电容器FC2经由第二谐振扼流装置RL2、电网变压器Tn、存储线圈 L1、L2、第四半导体开关S4和另一第二空载二极管D2’向电网2输出其电荷，直到第二空载 电容器FC2完全放电。在第五时间片段t4_t5 (图37)开始时，第二谐振电容器RC2完全充电并且来自能 量源1的电流变为零。同时，第二空载电容器FC2完全放电并且空载电流在零电压下从另 一第二空载二极管D2’转换到另一第一空载二极管D1’上。随后，两个存储扼流装置Li、 L2的空载电流流经初级绕组、第四半导体开关S4、另一第一空载二极管D1’和第二谐振扼 流装置RL2。所述谐振电路的元件的尺寸被确定为使得相应的谐振频率高于预给定的切换频 率。在此，具有谐振频率的半周期的持续时间应当短于以切换方式运行的一个或多个半导 体开关的由控制装置预给定的最短可能的接通时间。
权利要求
1.一种用于将输入侧的直流电压转换为输出侧的交流电压的逆变器，包括具有四个半 导体开关(Si，S2，S3，S4)的H桥，其中至少一个半导体开关(Si，S2，S3，S4)以切换方式运 行，其中此外在所述H桥和输出侧交流电压连接端子之间设有存储扼流电路(Li，L2)，并且 其中所述存储扼流电路(Li，L2)包括空载路径，所述空载路径具有用于在H桥的半导体开 关(Si，S2，S3，S4)关断之后转换电流的空载二极管(D1)，其特征在于，每个以切换方式运 行的半导体开关(Si，S2，S3，S4)为了零电压开关与谐振电路耦合，所述谐振电路包括电容 性谐振元件(RC1，RC2，RC3，RC4，FC, FCl, FC2)和电感性谐振元件(RL，RLl, RL2)，所述空 载路径包括并联电路形式的第一和第二空载二极管(Dl，Dl’，D2，D2’)，所述并联电路与所 述电感性谐振元件(RL，RLl, RL2)串联，并且第二空载二极管(D2，D2’)与电容性空载元件 (FC，FCl, FC2)串联，所述电容性空载元件(FC，FCl, FC2)作为所述谐振电路的元件在空载 阶段开始时为了第二空载二极管(D2，D2’)的零电压开关充电到相应的电压上。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，每个谐振电路包括谐振电容器(RC1， RC2，RC3，RC4)和谐振扼流装置(RL，RLl, RL2)，空载电容器(FC，FCl, FC2)通过耦合元件 与谐振电容器(RC1，RC2，RC3，RC4)连接，并且所述空载路径的第一支路包括串联电路形式 的第一空载二极管(Dl，Dl')和谐振扼流装置(RL1，RL2)，并且所述空载路径的第二支路包 括串联电路形式的第二空载二极管(D2，02’)、谐振扼流装置(扎，RLl, RL2)和空载电容器 (FC, FCl，FC2)。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，所述H桥的第一半导体开关(Si) 通过第一存储扼流装置(Li)并且所述H桥的第三半导体开关(S3)通过第二存储扼流装置 (L2)与第一交流电压连接端子连接，并且所述H桥的第二半导体开关(S2)通过第三存储扼 流装置(L3)并且所述H桥的第四半导体开关(S4)通过第四存储扼流装置(L4)与第二交流 电压连接端子连接，并且此外所述空载路径包括具有四个辅助半导体开关(HS1，HS2，HS3， HS4)的另一 H桥，所述另一 H桥的第一辅助半导体开关(HSl)通过第一存储扼流装置(Li) 并且所述另一 H桥的第三辅助半导体开关(HS3)通过第二存储扼流装置(L2)与第一交流电 压连接端子连接，并且所述另一 H桥的第二辅助半导体开关(HS2)通过第三存储扼流装置 (L3)并且所述另一 H桥的第四辅助半导体开关(HS4)通过第四存储扼流装置(L4)与第二 交流电压连接端子连接。
4.根据权利要求3所述的逆变器，其特征在于，第三和第四辅助半导体开关(HS3，HS4) 的连接与第一和第二辅助半导体开关(HS1，HS2)的连接通过由第一空载二极管(Dl)和谐 振扼流装置(RL)构成的串联电路连接，与所述第一空载二极管(Dl)并联地布置有由第二 空载二极管(D2)和空载电容器(FC)构成的串联电路，此外第二空载二极管(D2)和空载电 容器(FC)之间的连接点通过由第三二极管(D3)和第四二极管(D4)构成的串联电路与第 一和第二辅助半导体开关(HS1，HS2)的连接相连，与第三二极管(D3)并联地布置有变压 器(T)的次级绕组，所述变压器还包括两个初级绕组，其中第一初级绕组以一个端部与所 述H桥的第一和第二半导体开关(Si，S2)的连接相连并且以另一端部通过第一谐振电容器 (RCl)与第一半导体开关(Sl)和第一存储扼流装置(Li)之间的连接相连以及通过第二谐 振电容器(RC2)与第二半导体开关(S2)和第三存储扼流装置(L3)之间的连接相连，并且其 中第二初级绕组以一个端部与所述H桥的第三和第四半导体开关(S3，S4)的连接相连并且 以另一端部通过第三谐振电容器(RC3)与第三半导体开关(S3)和第二存储扼流装置(L2)之间的连接相连以及通过第四谐振电容器(RC4)与第四半导体开关(S4)和第四存储扼流 装置(L4)之间的连接相连。
5.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，所述H桥的一半通过第一存储扼 流装置(Li)与第一交流电压连接端子连接并且所述H桥的另一半通过第二存储扼流装置 (L2)与第二交流电压连接端子连接，并且此外所述空载路径包括具有四个辅助半导体开 *(HS1，HS2，HS3，HS4)的另一 H桥，其中所述另一 H桥的一半通过所述第一存储扼流装置 (Li)与所述第一交流电压连接端子连接并且所述另一 H桥的另一半通过所述第二存储扼 流装置(L2)与所述第二交流电压连接端子连接。
6.根据权利要求3或5所述的逆变器，其特征在于，第三和第四辅助半导体开关(HS3， HS4)的连接与第一和第二辅助半导体开关(HS1，HS2)的连接通过由第二谐振扼流装置 (RL2)、第一空载二极管(Dl)和第一谐振扼流装置(RLl)构成的串联电路连接，与所述第一 空载二极管(Dl)并联地布置有由第二空载电容器(FC2)、第二空载二极管(D2)和第一空载 电容器(FCl)构成的串联电路，此外第二空载二极管(D2)和第一空载电容器(FCl)之间的 连接点通过由第三二极管(D3)和第四二极管(D4)构成的串联电路与第一和第二辅助半导 体开关(HS1，HS2)的连接相连，第三和第四辅助半导体开关(HS3，HS4)的连接通过第六二 极管(D6)和第五二极管(D5)与第二空载二极管(D2)和第二空载电容器(FC2)之间的连接 点连接，第三和第四二极管(D3，D4)之间的连接点通过第一谐振电容器(RCl)与第一半导 体开关(Si)和第二半导体开关(S2)的连接相连并且第五和第六二极管(D5，D6)之间的连 接点通过第二谐振电容器(RC2)与第三半导体开关(S3)和第四半导体开关(S4)的连接相 连。
7.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，第一半导体开关(Si)和第四半导 体开关(S4)之间的第一 H桥连接端子通过第一存储扼流装置(Li)与第一交流电压连接端 子连接，并且第二半导体开关(S2 )和第三半导体开关(S3 )之间的第二 H桥连接端子通过第 二存储扼流装置(L2)与第二交流电压连接端子连接，并且这些交流电压连接端子通过电网 变压器(Tn)的初级绕组彼此连接，此外第三和第四半导体开关(S3，S4)的连接通过由第一 空载二极管(Dl)和第一谐振扼流装置(RLl)构成的串联电路与所述第一 H桥连接端子连 接，与所述第一空载二极管(Dl)并联地布置有由第二空载二极管(D2)和第一空载电容器 (FCl)构成的串联电路，与第一半导体开关(Si)并联地布置有由第一谐振电容器(RCl)和 第四二极管(D4)构成的串联电路，并且第二空载二极管(D2)和第一空载电容器(FCl)之间 的连接点通过第三二极管(D3)与第一谐振电容器(RCl)和第四二极管(D4)之间的连接点 连接，此外第三和第四半导体开关(S3，S4)的连接通过由另一第一空载二极管(D1’)和第 二谐振扼流装置(RL2)构成的串联电路与第二 H桥连接端子连接，与所述另一第一空载二 极管(D1’)并联地布置有由另一第二空载二极管(D2’)和第二空载电容器(FC2)构成的串 联电路，与第二半导体开关(S2)并联地布置有由第二谐振电容器(RC2)和第五二极管(D5) 构成的串联电路，并且另一第二空载二极管(D2’)和第二空载电容器(FC2)之间的连接点 通过第六二极管(D6)与第二谐振电容器(RC2)和第五二极管(D5)之间的连接点连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的逆变器，其特征在于，所述直流电压连接端子通 过输入电容器(Cin)彼此连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的逆变器，其特征在于，所述交流电压连接端子通过输出电容器(Co)彼此连接。
10. 一种用于驱动根据权利要求1至2中任一项所述的逆变器的方法，其特征在于，在 切换周期开始时接通所述H桥的至少一个半导体开关(Si，S2，S3，S4)，在此将输入侧的直 流电压引至谐振电路的电感性谐振元件(RL，RL1，RL2)上，由此仍作为空载电流流过电感性 谐振元件(RL，RLl，RL2 )的电流减小并且其方向改变，随后借助于所述电流将电容性谐振元 件(RC1，RC2，RC3，RC4)的能量传输到电容性空载元件(FC1，FC2，FC3)上，在预给定的接通 时间结束之后重新关断至少一个以切换方式运行的半导体开关(S1，S2，S3，S4)并且空载电 流的至少一部分流过第二空载二极管(D2，D2’)、电容性空载元件(FC1，FC2，FC3)和电感性 谐振元件(RL1，RL2)，直到电容性空载元件(FC1，FC2，FC3)放电，并且剩余的空载电流流过 第一空载二极管(Dl，Dl')和电感性谐振元件(RL1，RL2)。
全文摘要
本发明涉及一种用于将输入侧的直流电压转换为输出侧的交流电压的逆变器，包括H桥，其中在所述H桥和输出侧交流电压连接端子之间设有存储扼流电路(L1，L2)，并且其中所述存储扼流电路(L1，L2)包括空载路径，所述空载路径具有用于在半导体开关(S1，S2，S3，S4)关断之后转换电流的空载二极管(D1)。在此，每个以切换方式运行的半导体开关(S1，S2，S3，S4)为了零电压开关与谐振电路耦合，所述谐振电路包括电容性谐振元件(RC1，RC2，RC3，RC4，FC1，FC2)和电感性谐振元件(RL，RL1，RL2)，其中所述空载路径包括并联电路形式的第一和第二空载二极管(D1，D1’，D2，D2’)，其中所述并联电路与所述电感性谐振元件(RL，RL1，RL2)串联，并且其中第二空载二极管(D2，D2’)与电容性空载元件(FC，FC1，FC2)串联，所述电容性空载元件(FC，FC1，FC2)作为所述谐振电路的元件在空载阶段开始时为了第二空载二极管(D2，D2’)的零电压开关充电到相应的电压上。
文档编号H02M7/5387GK102077452SQ200980124022
公开日2011年5月25日 申请日期2009年5月18日 优先权日2008年6月25日
发明者J·哈拉克 申请人:西门子公司