一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及AC/DC变换领域，尤其涉及一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器。
【背景技术】
[0002]非隔离型半桥逆变器具有结构简单、功率器件少、效率高、体积小、重量轻和成本低等优势，在工业应用中被广泛采用。传统半桥逆变电路为了避免桥臂开关管的直通，驱动信号之间需设置死区，死区的加入将会导致基波电压损失、低次谐波增加、输出电流畸变，影响了输出电压波形质量，同时会导致输出能量的回流，不必要的能量的循环会增加变换器的损耗，也会影响输入电容的均压控制。目前解决死区时间能量回流的电路主要采用二极管箝位型三电平逆变电路，二极管箝位型三电平逆变电路结构复杂，功率器件多，控制也较为复杂，同时器件多导致的损耗更成本的增加。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本实用新型公开一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器，在有效消除死区时间时能量回流的问题的同时，损耗更低，器件更少，控制简单。
[0004]为了达到以上所述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]—种消除死区时间能量回流的半桥逆变器，包括:输入直流电压源、一个电感、两个带反并联二极管的常规IGBT、两个不带反并联二极管的特殊IGBT、三个电容;第一电容的正极、第一常规IGBT的集电极与输入直流电压源的正极相连；第二电容的负极、第二常规IGBT的发射极与输入直流电压源的负极相连;第一电容的负极、第二电容的正极、第一特殊IGBT的集电极、第二特殊IGBT的发射极、第三电容的负极与负载的一端相连;第一常规IGBT的发射极、第二常规IGBT的集电极、第一特殊IGBT的发射极、第二特殊IGBT的集电极与电感的一端相连;电感的另一端与第三电容的阳极、负载另一端相连。
[0006]所述的第一常规IGBT和第二常规IGBT都含反并联二极管，所述的第一特殊IGBT和第二特殊IGBT都不含反并联二极管，所述的四个IGBT均可以承受反向电压，作为优选本实用新型第一特殊IGBT和第二特殊IGBT选用富士公司第5代Trench-Fs系列IGBT管选用富士公司第5代Trench-Fs系列IGBT管。
[0007]所述的第一特殊IGBT和第二特殊IGBT亦可用双极型SiC单向导通可控的开关管。
[0008]与现有技术相比，本实用新型的有益效果有:
[0009]1、与传统半桥逆变电路相比，本实用新型具有消除死区时间能量回流问题，减小不必要的能量循环损耗，效率更高；
[0010]2、与二极管箝位型三电平逆变电路相比，本实用新型的变换器器件更少，电路简单，同时逆变回路中功率器件更少，所以成本和效率都更高；
[0011]3、与τ-type中点钳位三电平逆变器相比，在电路出现死区时间时，电感电流的续流回路功率器件更少，损耗也更低。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器电路图；
[0013]图2a、2b分别是图1所示电路在输出交流电压正半周时第一常规IGBT导通、其他IGBT关断时的工作示意图和第一特殊IGBT导通、其他IGBT关断时的工作示意图；
[0014]图3a、3b分别是图1所示电路在输出交流电压负半周时第二常规IGBT导通、其他IGBT关断时的工作示意图和第二特殊IGBT导通、其他IGBT关断时的工作示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述说明，但本实用新型的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
[0016]如图1所示，一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器，包括:输入直流电压源U1、一个电感L、两个带反并联二极管的常规IGBT(S1-S2)、两个不带反并联二极管的特殊IGBT(T1-T2)、三个电容(C1-C3);第一电容Cl的正极、第一常规IGBTSl的集电极与输入直流电压源Ui的正极相连;第二电容C2的负极、第二常规IGBTS2的发射极与输入直流电压源Ui的负极相连；第一电容Cl的负极、第二电容C2的正极、第一特殊IGBTTl的集电极、第二特殊IGBTT2的发射极、第三电容C3的负极与负载R的一端相连;第一常规IGBTSl的发射极、第二常规IGBTS2的集电极、第一特殊IGBTTl的发射极、第二特殊IGBTT2的集电极与电感L的一端相连;电感L的另一端与第三电容C3的阳极、负载R另一端相连。
[0017]所述的第一常规IGBTSl和第二常规IGBTS2都含反并联二极管，所述的第一特殊IGBTTl和第二特殊IGBTT2都不含反并联二极管，所述的四个IGBT均可以承受反向电压，作为优选本实用新型第一特殊IGBTTl和第二特殊IGBTT2选用富士公司第5代Trench-Fs系列IGBT管选用富士公司第5代Trench-Fs系列IGBT管。
[0018]所述的第一特殊IGBTTl和第二特殊IGBTT2亦可用双极型SiC单向导通可控的开关管。
[0019]如图2a~2b所示，当图1所示电路工作在输出交流电压正半周时，输入直流电压源Ui给第一电容C1和第二电容C2充电；第一常规IGBTSl导通，第二常规IGBTS2、第一特殊IGBTTl、第二特殊IGBTT2关断时，第一电容C1、第一常规IGBTSl、电感L、负载R形成一个导通环路，其中第一电容(^供电；第一特殊IGBTTl导通，第一常规IGBTSl导通、第二常规IGBTS2、第二特殊IGBTT2关断时，电感L、负载R、第一特殊IGBTTl导通形成一个导通环路为电流续流。从这两种工作示意图可以看出，当第一常规IGBTS1、第二常规IGBTS2都关断时，即死区时间，电流不能反馈到输入直流电源，避免了能量的回流。
[0020]如图3a~3b所示，当图1所示电路工作在输出交流电压正半周时，输入直流电压源Ui给第一电容C1和第二电容C2充电；第二常规IGBTS2导通，第一常规IGBTSl、第一特殊IGBTT1、第二特殊IGBTT2关断时，第二电容C2、第二常规IGBTS2、电感L、负载R形成一个导通环路，其中第二电容C2供电；第二特殊IGBTT2导通，第二常规IGBTS2、第一常规IGBTS1、第一特殊IGBTTl关断时，电感L、负载R、第二特殊IGBTT2导通形成一个导通环路为电流续流。从这两种工作示意图可以看出，当第一常规IGBTSl、第二常规IGBTS2都关断时，即死区时间，电流不能反馈到输入直流电源，避免了能量的回流。
[0021]作为实例，用于上述一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器的控制方法是:对第一常规IGBTSl和第二常规IGBTS2的控制可采用传统逆变控制策略，第一特殊IGBTTl和第二特殊IGBTT2的控制过程如下:当变换器电流i方向为正向时，即变换器工作在正半周期时，此时当第一常规IGBTSl关断时，控制第一特殊IGBTTl导通，第二特殊IGBTT2关断，电感L、负载R、第一特殊IGBTTl形成一个导通环路为电流续流；同理当变换器电流i方向为反向时，即变换器工作在负半周期时，此时当第二常规IGBTS2关断时，控制第一特殊IGBTTl关断，第二特殊IGBTT2导通，电感L、负载R、第二特殊IGBTT2形成一个导通环路为电流续流。
[0022]本领域技术人员可以在不违背本实用新型的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本实用新型的保护范围。因此本实用新型技术范围不局限于上述实施例。
【主权项】
1.一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器，其特征在于，由输入直流电压源(Ui)、一个电感(L)、两个常规IGBT(S1-S2)、两个特殊IGBT(T1-T2)、三个电容(C1-C3);第一电容(Cl)的正极、第一常规IGBT(Sl)的集电极与输入直流电压源(Ui)的正极相连；第二电容(C2)的负极、第二常规IGBT(S2)的发射极与输入直流电压源(Ui)的负极相连；第一电容(Cl)的负极、第二电容(C2)的正极、第一特殊IGBT(Tl)的集电极、第二特殊IGBT(T2)的发射极、第三电容(C3)的负极与负载(R)的一端相连；第一常规IGBT(SI)的发射极、第二常规IGBT(S2)的集电极、第一特殊IGBT(Tl)的发射极、第二特殊IGBT(T2)的集电极与电感(L)的一端相连；电感(L)的另一端与第三电容(C3)的阳极、负载(R)另一端相连;所述的第一常规IGBT(Sl)和第二常规IGBT(S2)都含反并联二极管，所述的第一特殊IGBT(Tl)和第二特殊IGBT(T2)都不含反并联二极管，所述的四个IGBT均能承受反向电压。2.根据权利要求1所述的一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器，其特征在于，第一特殊IGBT(Tl)和第二特殊IGBT(T2)选用富士公司第5代Trench-Fs系列IGBT管。3.根据权利要求1所述的一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器，其特征在于，第一特殊IGBT(Tl)和第二特殊IGBT(T2)采用双极型SiC单向导通可控的开关管。
【专利摘要】本实用新型公开了一种消除死区时间能量回流的半桥逆变器，包括：输入直流电压、电感、两个带反并联二极管的常规IGBT、两个不带反并联二极管的特殊IGBT、三个电容；第一电容的正极、第一常规IGBT的集电极与直流电压正极相连；第二电容的负极、第二常规IGBT的发射极与直流电压负极相连；第一电容的负极、第二电容的正极、第一特殊IGBT的集电极、第二特殊IGBT的发射极、第三电容的负极与负载的一端相连；第一常规IGBT的发射极、第二常规IGBT的集电极、第一特殊IGBT的发射极、第二特殊IGBT的集电极与电感的一端相连；电感另一端与第三电容的阳极、负载另一端相连。本实用新型在死区时间能消除电流反馈到输入电源。
【IPC分类】H02M7/5387
【公开号】CN205377702
【申请号】CN201520868949
【发明人】杜贵平, 柳志飞, 朱天生, 杜发达
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2015年11月1日