一种用于脉冲变换器的软开关电路及其控制方法与流程

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于脉冲变换器的软开关电路，本发明还涉及一种用于脉冲变换器的软开关的控制方法。

背景技术：
脉冲变换器随着当代高科技技术的发展应用，在等离子体加工、脉冲电火花加工、高频高压脉冲电源等方面对脉冲电源也有许多的要求。如在镁合金微弧氧化表面处理工艺中应用双向脉冲电源，其工艺要求脉冲电源不仅脉冲频率可调、正负向脉冲时间可调，还要求正负向脉冲幅值、正负向脉冲个数可灵活调节。现有的脉冲变换器主要通过开关器件的开通与关断来实现脉冲的输出。开关器件工作在硬开关状态，在开关器件开通与关断的过程中会出现电压与电流的重叠区，使得开关器件的关断和开通损耗增大。开关损耗的增大限制了开关频率的提升。并且在感性负载下的感性关断带来较大的dv/dt，容性负载下开通时带来较大的di/dt等问题使得开关器件在脉冲变换器中更容易受到严重的电压和电流冲击。如在微弧氧化负载条件下，由于负载呈容性，在开关管的开关过程中会产生电压尖峰，增大了开关管的电压应力。开关管工作在大电流和硬开关的条件下，一旦这样的电压电流冲击超过了开关器件的安全工作范围，就会导致开关器件的损坏，严重时更会损坏设备。同时，过高的电压尖峰也限制了开关器件工作频率的提高。而软开关技术，通过在电路拓扑中增加电感、电容等谐振元件，构成辅助换向网络，在开关管的开关过程前后引入谐振过程，使开关器件在开通前电压降为零，或在关断前电流降为零。可以避免在开关管的通断过程中出现电流和电压的重叠区域，从而大大降低开关损耗和开关噪声。零电流开关(ZCS)是指在开关器件的电流为零时关断器件。零电压开关(ZVS)是指在开关器件上的电压为零时开通器件。专利《一种新型交流脉冲电源装置》(申请号：CN201210393657，公开号：CN102916606A，公开日：2012.10.16)提出了一种双向交流脉冲装置，通过正负向不同的电路实现了双向不对称脉冲的输出，而其使用的电路复杂，成本较高，控制难度也较大，且在高频输出时的开关损耗较大。专利《双极脉冲电源及并联多台该双极脉冲电源的电源装置》(申请号：CN200980119323，公开号：CN102047548A，公开日：2011.05.04)提出了一种双极性脉冲电源，文中使用电桥电路实现了双极性对称脉冲的输出，通过额外添加一个开关管的方式降低了电桥电路开关元件的开关损耗，而加入开关元件造成了成本的提升和控制时序要求的提高。论文《微弧氧化用脉冲电源的研制》(电工技术学报第24卷第5期215-219页，作者：胡敏，何湘宁)中研制了一种适用于微弧氧化的脉冲电源，在微弧氧化负载条件下，由于为容性负载，在开关管上产生了电压尖峰，增大了开关管的电压应力，同时增大了开关损耗，限制了其频率的提升。由于脉冲变换器在实际的应用领域中有负载特性变化较大，脉冲频率变化范围宽等特点，使得传统的软开关方法无法适用于脉冲变换器中。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于脉冲变换器的软开关电路，解决了现有脉冲变换器中，开关管损耗大而且有非常大的工作应力的问题。本发明的另一目的是提供一种用于脉冲变换器的软开关电路的控制方法。本发明所采用的第一种技术方案是，一种用于脉冲变换器的软开关电路，包括直流源DC1，直流源DC1的正极分别连接第一开关管T1的集电极、第三开关管T3的集电极，直流源DC1的负极分别连接第二开关管T2的发射极、第四开关管T4的发射极，第一开关管T1的发射极与第三开关管的发射极之间连接有负载Z，第一开关管T1的发射极与第二开关管T2的集电极连接，第三开关管T3的发射极与第四开关管T4的集电极连接，第一开关管T1的发射极和集电极之间并联有第一电容C1，第二开关管T2的集电极与电感Lr的一端连接，电感Lr的另一端与第二电容Cr的一端连接，第二电容Cr的另一端与第二开关管T2的发射极连接。本发明第一种技术方案的特点还在于，第一开关管D1、第二开关管D2、第三开关管D3、第四开关管D4均为携带反并联二极管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关器件。直流源DC1为全桥DC/DC恒流源变换器或全桥DC/DC恒压源变换器或半桥DC/DC恒流源变换器或半桥DC/DC恒压源变换器或反激式DC/DC恒流源变换器或反激式DC/DC恒压源变换器。本发明所采用的第二种技术方案是，一种用于脉冲变换器的软开关电路的控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、分别产生用于驱动第一开关管D1、第二开关管D2、第三开关管D3、第四开关管D4的第一脉冲序列PWM1、第二脉冲序列PWM2、第三脉冲序列PWM3、第四脉冲序列PWM4；步骤2、步骤1中产生的第一脉冲序列PWM1、第二脉冲序列PWM2、第三脉冲序列PWM3、第四脉冲序列PWM4分别通过驱动电路驱动第一开关管D1、第二开关管D2、第三开关管D3、第四开关管D4，即实现了用于脉冲变换器软开关。本发明第二种技术方案的特点还在于，步骤1中产生第一脉冲序列PWM1、第二脉冲序列PWM2、第三脉冲序列PWM3、第四脉冲序列PWM4分为3中情况：情况1、当flagP＝1且flagN＝0且flag＝1时，即本周期内只产生正向脉冲序列：PWM3＝0；当T1＝0时，PWM1＝1；当T1＝CTp时，PWM1＝0；当T1＝CT/2+CTn+CTs时，PWM1＝1；当T1＝CT时，PWM1＝0；当T1＝CTp+CTs时，PWM2＝1；当T1＝CT/2+CTn时，PWM2＝0；当T1＝0时，PWM4＝1；当T1＝CT/2-CTs时，PWM4＝0；情况2、当flagP＝0且flagN＝1且flag＝1时，即本周期内只产生负向脉冲序列：PWM4＝0；当T1＝0时，PWM1＝1；当T1＝CTp时，PWM1＝0；当T1＝CT/2+CTn+CTs时，PWM1＝1；当T1＝CT时，PWM1＝0；当T1＝CTp+CTs时，PWM2＝1；当T1＝CT/2+CTn时，PWM2＝0；当T1＝CT/2时，PWM3＝1；当T1＝CT-CTs时，PWM3＝0；情况3、当flagP＝1且flagN＝1且flag＝1时，即本周期内产生正负双向脉冲序列：当T1＝0时，PWM1＝1；当T1＝CTp时，PWM1＝0；当T1＝CT/2+CTn+CTs时，PWM1＝1；当T1＝CT时，PWM1＝0；当T1＝CTp+CTs时，PWM2＝1；当T1＝CT/2+CTn时，PWM2＝0；当T1＝CT/2时，PWM3＝1；当T1＝CT-CTs时，PWM3＝0；当T1＝0时，PWM4＝1；当T1＝CT/2-CTs时，PWM4＝0；其中，T1为计数器；第一脉冲序列PWM1、第二脉冲序列PWM2、第三脉冲序列PWM3、第四脉冲序列PWM4的值为1时对应的开关管导通，值为0时对应的开关管关断；CTp、CTn、CTs、CT分别为正向导通时间计数器、负向导通时间计数器、死区时间计数器、脉冲周期时间计数器；标志位flag为脉冲发生状态标志位，当开始产生脉冲时，标志位flag置1；标志位flagP、标志位flagN分别为正向脉冲发生和负向脉冲发生的标志位，当标志位flagP和标志位flagN为1时有效。CTp＝M×Tp，CTn＝M×Tn，CTs＝M×Ts，CT＝M×T，其中，Tp为脉冲的正向脉宽，Tn为脉冲的负向脉宽，Ts为死区时间，T为脉冲周期，M为时钟频率。正向脉冲标志位flagP、负向脉冲标志位flagN的判定方法为：当T1＝0时：情况1：若CP＞CN，则flagP＝1；flagN＝0；CP＝CP-1；情况2：若CP＝CN：情况2.1：若CN＝0，则CP＝Np；CN＝Nn；情况2.1.1：若CP＝0，则flagP＝0；flagN＝1；CN...