一种内外环协作辅助换流的等效电容分压软开关逆变器

1.本发明涉及电力电子变流技术领域，尤其涉及一种内外环协作辅 助换流的等效电容分压软开关逆变器。


背景技术：

2.通常采用功率因数校正pfc提高功率因数pf和降低总谐波失真。 在众多的pfc电路中，boost变换器因其结构简单、输入电流连续和 特性统一性强得到广泛的应用。其中无桥boost pfc通过减少工作 回路上半导体器件的数量来降低导通损耗，达到提高效率的目的。但 无桥pfc中的开关损耗问题突出，当提高开关频率时，电路中的开 关损耗会随之增大，尤其是当电路工作在ccm时，续流二极管的反 向恢复电流将会增大开关管的开通损耗。实现高开关频率操作，辅助 换流软开关变换器拓扑结构和控制方案在优化参数的同时不影响原 主回路工作模式，降低开关损耗不增加开关应力。
3.d.divan在1989年提出第一个现代软开关变换器：主动箝位谐 振型dc-link逆变器ac-rdcl。r.de doncker在1990年提出了辅助 谐振换向极变换器arcp。在最初提出的arcp逆变器中，换流电流脉 冲由一个dc-link直流母线电容、一个双向开关和一个谐振电感组成 的辅助电路产生，即采用了电容分压。拓扑结构简单，效率、输出功 率和功率密度等参数得到改善。
4.但是技术瓶颈始终在于，直流环节电容分压点的电荷不平衡，电 压不稳定，低输出频率应用时尤其突出。需要复杂的检测和延时控制 电路，根据分压点电压、负载电流控制换流电感换流前的储能。
5.电感分压的逆变器可使分压点电压保持稳定，控制简化。耦合电 感分压类拓扑有串联分压型和并联分压型。典型的为一个谐振极含两 个耦合电感的零电压转换zvt逆变器。辅助电路采用铁芯饱和的变压 器，并在零负载频率下工作。基于zvt-2ci的各类逆变器，峰值效率 高达99％。相对于电容分压逆变器，电感分压逆变器对偶的问题是励 磁电流单向复位。变压器铁芯一个开关周期内无法复位，选用的变压 器磁芯体积大，且需要两套辅助回路实现双向电流输出下的主开关辅 助换流工作；而且辅助换流二极管无钳位措施，过充振铃引起电压应 力高及emi。


技术实现要素：

6.为解决现有技术的缺点和不足，本发明提供一种内外环协作辅助 换流的等效电容分压软开关逆变器，实现了主开关零电压开通，有效 提高效率和功率密度，降低成本和emi。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种内外环协 作辅助换流的等效电容分压软开关逆变器，包括：第一主开关管s1、 第二主开关管s2、第三主开关管s3、第四主开关管s4、飞跨电容cf、 主回路直流母线电容cb、第一辅助回路直流母线电容c
ab1
、第二辅 助回路直流母线电容c
ab2
、第一辅助电容c
a1
、第二辅助电容c
a2
、第 三辅助电容c
a3
、第一
辅助二极管d
a1
、第二辅助二极管d
a2
、第三辅 助二极管d
a3
、第四辅助二极管d
a4
、第一辅助开关管s
a1
、第二辅助 开关管s
a2
、第三辅助开关管s
a3
、第四辅助开关管s
a4
、第五辅助开 关管s
a5
、第六辅助开关管s
a6
、第七辅助开关管s
a7
、第八辅助开关 管s
a8
、滤波电感l
in
、输入电源v
in
、第一辅助换流电感l
r1
、第二辅 助换流电感l
r2
、第三辅助换流电感l
r3
；
8.其中，所述第一主开关管s1的源极和第二主开关管s2的漏极相 连于a点，第三主开关管s3的源极和第四主开关管s4的漏极相连于 b点,第二主开关管s2的源极和第三主开关管s3的漏极相连于o点， 飞跨电容cf一端连于a点，另一端连于b点；
9.第五辅助开关管s
a5
的发射极与与第六辅助开关管s
a6
的集电极 连接于i点，第七辅助开关管s
a7
的发射极与第八辅助开关管s
a8
的集 电极连接于k点，第六辅助开关管s
a6
的发射极与第七辅助开关管s
a7
的集电极连接于j点，第三辅助电容c
a3
连接在i点和k点之间；第 三辅助换流电感l
r3
连接在j点与o点之间；s
a5
的集电极连于a点； s
a8
的发射极连于b点；
10.第一辅助二极管d
a1
的正极与第二辅助二极管d
a2
的负极相连于 c点，第二辅助二极管d
a2
的正极与第一辅助开关管s
a1
的集电极连接 于d点，第一辅助开关管s
a1
的发射极与第二辅助开关管s
a2
的集电极 连接于e点，第一辅助电容c
a1
连接在c点和e点之间，第一辅助回 路直流母线电容c
ab1
的一端连接于第一辅助二极管d
a1
的负极，另一 端连接于第二辅助开关管s
a2
的发射极；
11.第三辅助开关管s
a3
的发射极与第四辅助开关管s
a4
的集电极连 接于f点，第四辅助开关管s
a4
的发射极与第三辅助二极管d
a3
的负极 连接于g点，第三辅助二极管d
a3
的正极与第四辅助二极管d
a4
的负 极连接于h点，第二辅助电容c
a2
连接在f点和h点之间，第二辅助 回路直流母线电容c
ab2
的一端连接于第三辅助开关管s
a3
的集电极， 另一端连接于第四辅助二极管d
a4
的正极；
12.第一辅助换流电感l
r1
连接于d点和a点之间，第二辅助换流电 感l
r2
连接于g点和b点之间；滤波电感l
in
一端连接于o点，另一 端连接于输入电源v
in
的正极；
13.第一主开关s1的漏极、第一辅助二极管d
a1
的负极与主回路直流 母线电容cb的正极相连，第四主开关管s4的源极、第四辅助二极管 d
a4
的正极、输入电源v
in
的负极与主回路直流母线电容cb的负极相 连；
14.设定i
load
为流经滤波电感l
in
的瞬时电流，i
load
为流经滤波电感l
in
的平均电流；c
1-c4主开关s
1-s4的等效并联电容，电容值都为c
m-oss
； c
a1-c
a8
为辅助开关s
a1-s
a8
的等效并联电容，电容值都为c
a-oss
；换流谐 振电流ir定义为：换流谐振电感lr中通过的最大电流与滤波电感l
in
中的电流i
load
之差，考虑需要换流的主开关zvs导通时间的需求及i
load
测量误差确定；i
load
由输入电源v
in
正极流入o点定义为正；辅助换 流电感l
r1
、辅助换流电感l
r2
和辅助换流电感l
r3
的电感值均为lr； 流过辅助换流电感l
r1
的电流为i
lr1
，流过辅助换流电感l
r2
的电流为i
lr2
， 流过辅助换流电感l
r3
的电流为i
lr3
。
15.其中，逆变器电路工作流程及切换时间间隔为：
16.电路处于稳定状态，s1、s2处于导通状态，s3、s4和s
a1-s
a8
处于 关断状态；输入电源电流i
load
通过s1、s2和cb续流；
17.t0时刻，开通辅助开关s
a1
，延迟d
a1
后，关断s1；
18.19.关断s1后，延迟d
a2
，开通s4；
[0020][0021]
s4保持开通，d
a3
后，关断辅助开关s
a1
，关断主开关s4；
[0022][0023]
断开s
a1
和s4后，延时d
a4
，开通主开关s1；
[0024][0025]
t
δ1
和t
δ2
由主回路spwm的控制；
[0026]
s1保持导通，延时d
a5
，开通辅助开关s
a5
和s
a7
；
[0027]da5
＝τ
[0028]
τ由主回路spwm的控制；
[0029]sa5
和s
a7
保持导通，延时d
a6
，关断主开关s2；
[0030][0031]
关断主开关s2后，延迟d
a7
，开通主开关s3；
[0032][0033]
s3保持导通，延迟d
a8
，关断辅助开关s
a5
和s
a7
，关断主开关s3；
[0034][0035]
断开s
a5
和s3后，延时d
a9
，开通主开关s2；
[0036][0037]
t
δ3
和t
δ4
由主回路spwm的控制；
[0038]
s2保持导通，延迟d
a10
，开通辅助开关s
a2
；
[0039]da10
＝τ
[0040]
τ由主回路spwm的控制；
[0041]sa2
保持开通，延迟d
a11
，关断s1；
[0042][0043]
关断s1后，延迟d
a12
后，开通主开关s4；
[0044][0045]
s4保持开通，延迟d
a13
，关断辅助开关s
a1
和s
a2
，关断主开关s4；
[0046]
[0047]
t
δ5
由主回路spwm的控制；
[0048]
关断s4后，延迟d
a14
，开通主开关s1；
[0049][0050]
t
δ6
由主回路spwm的控制；
[0051]
s1保持开通，延迟d
a15
，开通辅助开关s
a5
和s
a7
；
[0052]da15
＝τ
[0053]
τ由主回路spwm的控制；
[0054]sa5
和s
a7
保持开通，延迟d
a16
，关断主开关s1；
[0055][0056]
关断s1后，延迟d
a17
，开通主开关s3；
[0057][0058]
s3保持开通，延迟d
a18
，断开辅助开关s
a5
和s
a7
，断开主开关s3；
[0059][0060]
辅助开关s
a5
和s
a7
关断，主开关s3关断，延时d
a19
，开通主开关 s2，回到模式1；
[0061][0062]
其中，电路运行过程中分为如下20个模式，每一模式工作过程 为：
[0063]
模式1，t《t0：电路处于稳定状态，s1、s2处于导通状态，s3、s4和s
a1-s
a8
处于关断状态；输入电源电流i
load
通过s1、s2和cb续流；
[0064]
模式2，t
0-t1：t0时刻，开通辅助开关s
a1
，辅助二极管d
a1
自然 导通，换流电感电流i
lr1
从零开始线性增加；ta时刻，i
lr1
(t)的值达到i
load
； t1时刻，换流电感电流i
lr1
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流及预充电流之 和i
load
+ir相等；
[0065][0066][0067]
其中t0时刻到t1时刻之间的时段t
0-1
为：
[0068][0069]
模式3，t
1-t2：t1时刻，关断s1，q点电位下降，主开关s1的等 效并联电容c1和主开关s4等效输出电容c4发生谐振，对c1充电对c4放电；t2时刻，q点电位到达0；
[0070]
换流电感电流的时域表达式为：
[0071]
[0072]
其中：
[0073][0074][0075][0076]
其中t1时刻到t2时刻之间的时段t
1-2
为：
[0077][0078]
模式4，t
2-t3:t2时刻，主开关s4的体二极管导通；l
r1
中的电流 开始线性减少，tb时刻，开通主回路开关s4，tc时刻，l
r1
中的电流 线性减小到i
load
；t3时刻，l
r1
中的电流线性减小到0；
[0079]
s4的zvs开通允许时间段为t2到tc之间的时段t
2-c
：
[0080][0081][0082][0083]
其中t2时刻到t3时刻之间的时段t
2-3
为：
[0084]
t
2-3
＝t
0-1
[0085]
模式5，t
3-t4：t3时刻，辅助开关管s
a1
断开，在t
δ1
之前，任意时 刻关断第四辅助开关管s
a1
；其中t
δ1
由spwm(正弦脉宽调制)控制； 电流在s2、s4、l
in
、cf和v
in
构成的回路中流通；
[0086]
其中t3时刻到t4时刻之间的时段t
3-4
为：
[0087]
t
3-4
＝t
δ1
[0088]
模式6，t
4-t5:t4时刻，断开主开关管s4，q点电位开始上升；t5时刻，q点电位上升至第一主开关管s1自然导通，延迟t
δ2
时段， 此时段由spwm，控制，开通主开关管s1，电流在s1、s2、l
in
、cb和v
in
构成的回路中流通；
[0089]
其中t4时刻到t5时刻之间的时段t
4-5
为：
[0090][0091]
模式7，t
5-t6：t5+t
δ2
+τ时刻，开通辅助开关s
a5
和s
a7
，换流电感电 流i
lr3
从零开始线性增加；td时刻，i
lr3
(t)的值达到i
load
；t6时刻，换流 电感电流i
lr
(t)大小与滤波电感l
in
中
的电流及预充电流之和i
load
+ir相 等；
[0092][0093][0094]
其中t5时刻到t6时刻之间的时段t
5-6
为：
[0095][0096]
模式8，t
6-t7：t6时刻，关断主开关s2，q点电位下降，主开关 s2的等效并联电容c2和主开关s3等效输出电容c3发生谐振，对c2充电对c3放电；t7时刻，q点电位到达0；
[0097]
换流电感电流的时域表达式为：
[0098][0099]
其中：
[0100][0101][0102][0103]
其中t6时刻到t7时刻之间的时段t
6-7
为：
[0104][0105]
模式9，t
7-t8:t7时刻，主开关s3的体二极管导通；l
r3
中的电流 开始线性减少，te时刻，开通主回路开关s3，tf时刻，l
r3
中的电流 线性减小到i
load
；t8时刻，l
r3
中的电流线性减小到0；
[0106]
s3的zvs开通允许时间段为t7到tf之间的时段t
7-f
：
[0107][0108][0109][0110]
其中t7时刻到t8时刻之间的时段t
7-8
为：
[0111][0112]
模式10，t
8-t9：t8时刻，辅助开关管s
a7
断开，在t
δ3
之前，任意 时刻关断辅助开关管s
a5
；其中t
δ3
由spwm控制；电流在s1、s3、l
in
、 cf、cb和v
in
构成的回路中流通；
[0113]
其中t8时刻到t9时刻之间的时段t
8-9
为：
[0114]
t
8-9
＝t
δ3
[0115]
模式11，t
9-t
10
:t9时刻，断开主开关管s3，q点电位开始上升；t
10
时刻，q点电位上升至主开关管s2自然导通，延迟t
δ4
时段， 此时段由spwm控制，开通主开关管s2，电流在s1、s2、l
in
、cb和v
in
构成的回路中流通；
[0116]
其中t9时刻到t
10
时刻之间的时段t
9-10
为：
[0117][0118]
模式12，t
10-t
11
：t
10
+t
δ4
+τ时刻，开通辅助开关s
a2
，辅助二极管 d
a2
自然导通，换流电感电流i
lr1
从零开始线性增加；tg时刻，i
lr1
(t)的 值达到i
load
；t
11
时刻，换流电感电流i
lr1
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流 及预充电流之和i
load
+ir相等；
[0119][0120][0121]
其中t
10
时刻到t
11
时刻之间的时段t
10-11
为：
[0122][0123]
模式13，t
11-t
12
：t
11
时刻，关断主开关s1，q点电位下降，主开 关s1的等效并联电容c1和主开关s4等效输出电容c4发生谐振，对 c1充电对c4放电；t
12
时刻，q点电位到达0；
[0124]
换流电感电流的时域表达式为：
[0125][0126]
其中：
[0127][0128][0129][0130]
其中t
11
时刻到t
12
时刻之间的时段t
11-12
为：
[0131][0132]
模式14，t
12-t
13
:t
12
时刻，主开关s4的体二极管导通；l
r1
中的电 流开始线性减少，th时刻，开通主回路开关s4，ti时刻，l
r1
中的电 流线性减小到i
load
；t
13
时刻，l
r1
中的电流线性减小到0，辅助二极管 d
a2
断开；
[0133]
s4的zvs开通允许时间段为：
[0134][0135][0136][0137]
其中t
12
时刻到t
13
时刻之间的时段t
12-13
为：
[0138][0139]
模式15，t
13-t
14
：t
13
时刻，辅助开关管s
a1
和s
a2
的反并联二极管 自然断开，辅助开关管s
a1
的反并联二极管自然导通，c
ab1
上的电荷 保持平衡，将前一模式流出的电荷再流回；
[0140]
模式15+：t
14
时刻，关断辅助开关管s
a1
和s
a2
；电流在s2、s4、 l
in
、cf和v
in
构成的回路中流通；
[0141]
其中t
13
时刻到t
14
时刻之间的时段t
13-14
为：
[0142]
t
13-14
＝t
δ5
[0143]
t
δ5
由spwm控制；
[0144]
模式16，t
14-t
15
:t
14
时刻，断开主开关管s4，q点电位开始上升；t
16
时刻，q点电位上升至第一主开关管s1自然导通，延迟t
δ6
时 段，此时段由spwm控制，开通主开关管s1，电流在s1、s2、l
in
、 cb和v
in
构成的回路中流通；
[0145]
其中t
14
时刻到t
15
时刻之间的时段t
14-15
为：
[0146][0147]
模式17，t
15-t
16
：t
15
+t
δ6
+τ时刻，开通辅助开关s
a5
和s
a7
，换流电 感电流i
lr3
从零开始线性增加；tj时刻，i
lr3
(t)的值达到i
load
；t
16
时刻， 换流电感电流i
lr
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流及预充电流之和 i
load
+ir相等；
[0148][0149][0150]
其中t
15
时刻到t
16
时刻之间的时段t
15-16
为：
[0151][0152]
模式18，t
16-t
17
：t
16
时刻，关断主开关s1，q点电位下降，主开 关s1的等效并联电容c1和主开关s3等效输出电容c3发生谐振，对 c1充电对c3放电；t
17
时刻，q点电位到达0；
[0153]
换流电感电流的时域表达式为：
[0154][0155]
其中：
[0156][0157][0158][0159]
其中t
16
时刻到t
17
时刻之间的时段t
16-17
为：
[0160][0161]
模式19，t
17-t
18
:t
17
时刻，主开关s3的体二极管导通；l
r3
中的电 流开始线性减少，tk时刻，开通主回路开关s3，t
l
时刻，l
r3
中的电 流线性减小到i
load
；t
18
时刻，l
r3
中的电流线性减小到0；
[0162]
s3的zvs开通允许时间段为t
18
到t
l
之间的时段t
18-l
：
[0163][0164][0165][0166]
其中t
17
时刻到t
18
时刻之间的时段t
17-18
为：
[0167][0168]
模式20，t
18-t
19
：t
18
时刻，辅助开关管s
a7
断开，在t
δ7
之前，任 意时刻关断辅助开关管s
a5
；其中t
δ7
由spwm控制；电流在s1、s3、 l
in
、cf、cb和v
in
构成的回路中流通；t
19
时刻，关断主开关s3； 其中t
18
时刻到t
19
时刻之间的时段t
18-19
为：
[0169]
t
18-19
＝t
δ7
[0170]
延时大于时段，开通主开关s2，则回到模式1。
[0171]
区别于现有技术，本发明的一种内外环协作辅助换流的等效电容 分压软开关逆变器，可实现主回路开关的zvs导通和辅助回路开关 的zcs导通。通过内外环协作实现辅助换流，导通的辅助开关管数 量控制在两个之内。电荷平衡使得电容分压点保持恒压状态。有效提 高效率和功率密度，降低成本和emi。
附图说明
[0172]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0173]
图1是本发明提供的一种内外环协作辅助换流的等效电容分压 软开关逆变器的电路结构示意图。
[0174]
图2是本发明提供的一种内外环协作辅助换流的等效电容分压 软开关逆变器工作各模式电路连接示意图。
[0175]
图3是本发明提供的一种内外环协作辅助换流的等效电容分压 软开关逆变器中各个开关管的驱动脉冲信号和结点电压波形示意图。
[0176]
图4是本发明提供的一种内外环协作辅助换流的等效电容分压 软开关逆变器中pwm开关周期相平面分析示意图。
[0177][0178][0179][0180][0181][0182][0183][0184][0185][0186][0187][0188][0189][0190][0191][0192][0193][0194][0195][0196]
具体实施方式
[0197]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，
对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此外所描 述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。基于本 发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都将属于本发明保护的范围。
[0198]
如图1所示，本发明提供一种内外环协作辅助换流的等效电容分 压软开关逆变器，包括：第一主开关管s1、第二主开关管s2、第三 主开关管s3、第四主开关管s4、飞跨电容cf、主回路直流母线电容 cb、第一辅助回路直流母线电容c
ab1
、第二辅助回路直流母线电容 c
ab2
、第一辅助电容c
a1
、第二辅助电容c
a2
、第三辅助电容c
a3
、第 一辅助二极管d
a1
、第二辅助二极管d
a2
、第三辅助二极管d
a3
、第四 辅助二极管d
a4
、第一辅助开关管s
a1
、第二辅助开关管s
a2
、第三辅 助开关管s
a3
、第四辅助开关管s
a4
、第五辅助开关管s
a5
、第六辅助 开关管s
a6
、第七辅助开关管s
a7
、第八辅助开关管s
a8
、滤波电感l
in
、 输入电源v
in
、第一辅助换流电感l
r1
、第二辅助换流电感l
r2
、第三 辅助换流电感l
r3
；
[0199]
其中，所述第一主开关管s1的源极和第二主开关管s2的漏极相 连于a点，第三主开关管s3的源极和第四主开关管s4的漏极相连于 b点,第二主开关管s2的源极和第三主开关管s3的漏极相连于o点， 飞跨电容cf一端连于a点，另一端连于b点；
[0200]
第五辅助开关管s
a5
的发射极与与第六辅助开关管s
a6
的集电极 连接于i点，第七辅助开关管s
a7
的发射极与第八辅助开关管s
a8
的集 电极连接于k点，第六辅助开关管s
a6
的发射极与第七辅助开关管s
a7
的集电极连接于j点，第三辅助电容c
a3
连接在i点和k点之间；第 三辅助换流电感l
r3
连接在j点与o点之间；s
a5
的集电极连于a点； s
a8
的发射极连于b点；
[0201]
第一辅助二极管d
a1
的正极与第二辅助二极管d
a2
的负极相连于 c点，第二辅助二极管d
a2
的正极与第一辅助开关管s
a1
的集电极连接 于d点，第一辅助开关管s
a1
的发射极与第二辅助开关管s
a2
的集电极 连接于e点，第一辅助电容c
a1
连接在c点和e点之间，第一辅助回 路直流母线电容c
ab1
的一端连接于第一辅助二极管d
a1
的负极，另一 端连接于第二辅助开关管s
a2
的发射极；
[0202]
第三辅助开关管s
a3
的发射极与第四辅助开关管s
a4
的集电极连 接于f点，第四辅助开关管s
a4
的发射极与第三辅助二极管d
a3
的负极 连接于g点，第三辅助二极管d
a3
的正极与第四辅助二极管d
a4
的负 极连接于h点，第二辅助电容c
a2
连接在f点和h点之间，第二辅助 回路直流母线电容c
ab2
的一端连接于第三辅助开关管s
a3
的集电极， 另一端连接于第四辅助二极管d
a4
的正极；
[0203]
第一辅助换流电感l
r1
连接于d点和a点之间，第二辅助换流电 感l
r2
连接于g点和b点之间；滤波电感l
in
一端连接于o点，另一 端连接于输入电源v
in
的正极；
[0204]
第一主开关s1的漏极、第一辅助二极管d
a1
的负极与主回路直流 母线电容cb的正极相连，第四主开关管s4的源极、第四辅助二极管 d
a4
的正极、输入电源v
in
的负极与主回路直流母线电容cb的负极相 连；
[0205]
设定i
load
为流经滤波电感l
in
的瞬时电流，i
load
为流经滤波电感l
in
的平均电流；c
1-c4主开关s
1-s4的等效并联电容，电容值都为c
m-oss
； c
a1-c
a8
为辅助开关s
a1-s
a8
的等效并联电容，电容值都为c
a-oss
；换流谐 振电流ir定义为：换流谐振电感lr中通过的最大电流与滤波电感l
in
中的电流i
load
之差，考虑需要换流的主开关zvs导通时间的需求及i
load
测量误差确定；i
load
由输入电源v
in
正极流入o点定义为正；辅助换 流电感l
r1
、辅助换流电感l
r2
和辅助换流电感l
r3
的电感值均为lr； 流过辅助换流电感l
r1
的电流为i
lr1
，流过辅助换流电感l
r2
的
电流为i
lr2
， 流过辅助换流电感l
r3
的电流为i
lr3
。逆变器中各个开关管的驱动脉冲 信号和结点电压波形示意图如图3所示。
[0206]
具体元件及参数如表1所示：
[0207][0208]
表1具体元件及参数表
[0209]
其中，逆变器电路工作流程及切换时间间隔为：
[0210]
电路处于稳定状态，s1、s2处于导通状态，s3、s4和s
a1-s
a8
处于 关断状态；输入电源电流i
load
通过s1、s2和cb续流；
[0211]
t0时刻，开通辅助开关s
a1
，延迟d
a1
后，关断s1；
[0212][0213]
关断s1后，延迟d
a2
，开通s4；
[0214][0215]
s4保持开通，d
a3
后，关断辅助开关s
a1
，关断主开关s4；
[0216][0217]
断开s
a1
和s4后，延时d
a4
，开通主开关s1；
[0218][0219]
t
δ1
和t
δ2
由主回路spwm的控制；
[0220]
s1保持导通，延时d
a5
，开通辅助开关s
a5
和s
a7
；
[0221]da5
＝τ
[0222]
τ由主回路spwm的控制；pwm开关周期相平面分析示意图如 图4所示。
[0223]sa5
和s
a7
保持导通，延时d
a6
，关断主开关s2；
[0224][0225]
关断主开关s2后，延迟d
a7
，开通主开关s3；
[0226][0227]
s3保持导通，延迟d
a8
，关断辅助开关s
a5
和s
a7
，关断主开关s3；
[0228][0229]
断开s
a5
和s3后，延时d
a9
，开通主开关s2；
[0230][0231]
t
δ3
和t
δ4
由主回路spwm的控制；
[0232]
s2保持导通，延迟d
a10
，开通辅助开关s
a2
；
[0233]da10
＝τ
[0234]
τ由主回路spwm的控制；
[0235]sa2
保持开通，延迟d
a11
，关断s1；
[0236][0237]
关断s1后，延迟d
a12
后，开通主开关s4；
[0238][0239]
s4保持开通，延迟d
a13
，关断辅助开关s
a1
和s
a2
，关断主开关s4；
[0240][0241]
t
δ5
由主回路spwm的控制；
[0242]
关断s4后，延迟d
a14
，开通主开关s1；
[0243][0244]
t
δ6
由主回路spwm的控制；
[0245]
s1保持开通，延迟d
a15
，开通辅助开关s
a5
和s
a7
；
[0246]da15
＝τ
[0247]
τ由主回路spwm的控制；
[0248]sa5
和s
a7
保持开通，延迟d
a16
，关断主开关s1；
[0249][0250]
关断s1后，延迟d
a17
，开通主开关s3；
[0251][0252]
s3保持开通，延迟d
a18
，断开辅助开关s
a5
和s
a7
，断开主开关s3；
[0253][0254]
辅助开关s
a5
和s
a7
关断，主开关s3关断，延时d
a19
，开通主开关 s2，回到模式1；
[0255][0256]
其中，电路运行过程中分为如下20个模式，每一模式工作过程 为：
[0257]
如图2所示，电路运行在模式1，t《t0：电路处于稳定状态，s1、 s2处于导通状态，s3、s4和s
a1-s
a8
处于关断状态；输入电源电流i
load
通 过s1、s2和cb续流；
[0258]
如图3所示，电路运行在模式2，t
0-t1：t0时刻，开通辅助开关
[0259][0260][0261]
其中t0时刻到t1时刻之间的时段t
0-1
为：
[0262][0263]
如图4所示，电路运行在模式3，t
1-t2：t1时刻，关断s1，q点 电位下降，主开关s1的等效并联电容c1和主开关s4等效输出电容 c4发生谐振，对c1充电对c4放电；t2时刻，q点电位到达0；
[0264]
换流电感电流的时域表达式为：
[0265][0266]
其中：
[0267][0268][0269][0270]
其中t1时刻到t2时刻之间的时段t
1-2
为：
[0271]
[0272]
如图2所示，电路运行在模式4，t
2-t3:t2时刻，主开关s4的体二 极管导通；l
r1
中的电流开始线性减少，tb时刻，开通主回路开关s4， tc时刻，l
r1
中的电流线性减小到i
load
；t3时刻，l
r1
中的电流线性减小 到0；
[0273]
s4的zvs开通允许时间段为t2到tc之间的时段t
2-c
：
[0274][0275][0276][0277]
其中t2时刻到t3时刻之间的时段t
2-3
为：
[0278]
t
2-3
＝t
0-1
[0279]
如图2所示，电路运行在模式5，t
3-t4：t3时刻，辅助开关管s
a1
断开，在t
δ1
之前，任意时刻关断第四辅助开关管s
a1
；其中t
δ1
由spwm (正弦脉宽调制)控制；电流在s2、s4、l
in
、cf和v
in
构成的回路 中流通；
[0280]
其中t3时刻到t4时刻之间的时段t
3-4
为：
[0281]
t
3-4
＝t
δ1
[0282]
如图2所示，电路运行在模式6，t
4-t5:t4时刻，断开主开关管 s4，q点电位开始上升；t5时刻，q点电位上升至第一主开关管 s1自然导通，延迟t
δ2
时段，此时段由spwm，控制，开通主开关管 s1，电流在s1、s2、l
in
、cb和v
in
构成的回路中流通；
[0283]
其中t4时刻到t5时刻之间的时段t
4-5
为：
[0284][0285]
如图2所示，电路运行在模式7，t
5-t6：t5+t
δ2
+τ时刻，开通辅助 开关s
a5
和s
a7
，换流电感电流i
lr3
从零开始线性增加；td时刻，i
lr3
(t)的 值达到i
load
；t6时刻，换流电感电流i
lr
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流 及预充电流之和i
load
+ir相等；
[0286][0287][0288]
其中t5时刻到t6时刻之间的时段t
5-6
为：
[0289][0290]
如图2所示，电路运行在模式8，t
6-t7：t6时刻，关断主开关s2， q点电位下降，主开关s2的等效并联电容c2和主开关s3等效输出电 容c3发生谐振，对c2充电对c3放电；t7时刻，q点电位到达0；
[0291]
换流电感电流的时域表达式为：
[0292][0293]
其中：
[0294][0295][0296][0297]
其中t6时刻到t7时刻之间的时段t
6-7
为：
[0298][0299]
如图2所示，电路运行在模式9，t
7-t8:t7时刻，主开关s3的体二 极管导通；l
r3
中的电流开始线性减少，te时刻，开通主回路开关s3， tf时刻，l
r3
中的电流线性减小到i
load
；t8时刻，l
r3
中的电流线性减小 到0；
[0300]
s3的zvs开通允许时间段为t7到tf之间的时段t
7-f
：
[0301][0302][0303][0304]
其中t7时刻到t8时刻之间的时段t
7-8
为：
[0305][0306]
如图2所示，电路运行在模式10，t
8-t9：t8时刻，辅助开关管s
a7
断开，在t
δ3
之前，任意时刻关断辅助开关管s
a5
；其中t
δ3
由spwm 控制；电流在s1、s3、l
in
、cf、cb和v
in
构成的回路中流通；
[0307]
其中t8时刻到t9时刻之间的时段t
8-9
为：
[0308]
t
8-9
＝t
δ3
[0309]
如图2所示，电路运行在模式11，t
9-t
10
:t9时刻，断开主开关管 s3，q点电位开始上升；t
10
时刻，q点电位上升至主开关管s2自然导通，延迟t
δ4
时段，此时段由spwm控制，开通主开关管s2， 电流在s1、s2、l
in
、cb和v
in
构成的回路中流通；
[0310]
其中t9时刻到t
10
时刻之间的时段t
9-10
为：
[0311][0312]
如图2所示，电路运行在模式12，t
10-t
11
：t
10
+t
δ4
+τ时刻，开通 辅助开关s
a2
，辅助二极管d
a2
自然导通，换流电感电流i
lr1
从零开始 线性增加；tg时刻，i
lr1
(t)的值达到i
load
；t
11
时刻，换流电感电流i
lr1
(t) 大小与滤波电感l
in
中的电流及预充电流之和i
load
+ir相等；
[0313][0314][0315]
其中t
10
时刻到t
11
时刻之间的时段t
10-11
为：
[0316][0317]
如图2所示，电路运行在模式13，t
11-t
12
：t
11
时刻，关断主开关 s1，q点电位下降，主开关s1的等效并联电容c1和主开关s4等效输 出电容c4发生谐振，对c1充电对c4放电；t
12
时刻，q点电位到达0； 换流电感电流的时域表达式为：
[0318][0319]
其中：
[0320][0321][0322][0323]
其中t
11
时刻到t
12
时刻之间的时段t
11-12
为：
[0324][0325]
如图2所示，电路运行在模式14，t
12-t
13
:t
12
时刻，主开关s4的 体二极管导通；l
r1
中的电流开始线性减少，th时刻，开通主回路开 关s4，ti时刻，l
r1
中的电流线性减小到i
load
；t
13
时刻，l
r1
中的电流线 性减小到0，辅助二极管d
a2
断开；
[0326]
s4的zvs开通允许时间段为：
[0327][0328]
[0329][0330]
其中t
12
时刻到t
13
时刻之间的时段t
12-13
为：
[0331][0332]
如图2所示，电路运行在模式15，t
13-t
14
：t
13
时刻，辅助开关管 s
a1
和s
a2
的反并联二极管自然断开，辅助开关管s
a1
的反并联二极管 自然导通，c
ab1
上的电荷保持平衡，将前一模式流出的电荷再流回；
[0333]
如图2所示，电路运行在模式15+：t
14
时刻，关断辅助开关管 s
a1
和s
a2
；电流在s2、s4、l
in
、cf和v
in
构成的回路中流通；
[0334]
其中t
13
时刻到t
14
时刻之间的时段t
13-14
为：
[0335]
t
13-14
＝t
δ5
[0336]
t
δ5
由spwm控制；
[0337]
如图2所示，电路运行在模式16，t
14-t
15
:t
14
时刻，断开主开关 管s4，q点电位开始上升；t
16
时刻，q点电位上升至第一主开 关管s1自然导通，延迟t
δ6
时段，此时段由spwm控制，开通主开关 管s1，电流在s1、s2、l
in
、cb和v
in
构成的回路中流通；
[0338]
其中t
14
时刻到t
15
时刻之间的时段t
14-15
为：
[0339][0340]
如图2所示，电路运行在模式17，t
15-t
16
：t
15
+t
δ6
+τ时刻，开通 辅助开关s
a5
和s
a7
，换流电感电流i
lr3
从零开始线性增加；tj时刻，i
lr3
(t) 的值达到i
load
；t
16
时刻，换流电感电流i
lr
(t)大小与滤波电感l
in
中的电 流及预充电流之和i
load
+ir相等；
[0341][0342][0343]
其中t
15
时刻到t
16
时刻之间的时段t
15-16
为：
[0344][0345]
如图2所示，电路运行在模式18，t
16-t
17
：t
16
时刻，关断主开关 s1，q点电位下降，主开关s1的等效并联电容c1和主开关s3等效输 出电容c3发生谐振，对c1充电对c3放电；t
17
时刻，q点电位到达0；
[0346]
换流电感电流的时域表达式为：
[0347][0348]
其中：
[0349][0350][0351][0352]
其中t
16
时刻到t
17
时刻之间的时段t
16-17
为：
[0353][0354]
如图2所示，电路运行在模式19，t
17-t
18
:t
17
时刻，主开关s3的 体二极管导通；l
r3
中的电流开始线性减少，tk时刻，开通主回路开 关s3，t
l
时刻，l
r3
中的电流线性减小到i
load
；t
18
时刻，l
r3
中的电流 线性减小到0；
[0355]
s3的zvs开通允许时间段为t
18
到t
l
之间的时段t
18-l
：
[0356][0357][0358][0359]
其中t
17
时刻到t
18
时刻之间的时段t
17-18
为：
[0360][0361]
如图2所示，电路运行在模式20，t
18-t
19
：t
18
时刻，辅助开关管 s
a7
断开，在t
δ7
之前，任意时刻关断辅助开关管s
a5
；其中t
δ7
由spwm 控制；电流在s1、s3、l
in
、cf、cb和v
in
构成的回路中流通；t
19
时 刻，关断主开关s3；
[0362]
其中t
18
时刻到t
19
时刻之间的时段t
18-19
为：
[0363]
t
18-19
＝t
δ7
[0364]
延时大于时段，开通主开关s2，则回到模式1。
[0365]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局 限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而 不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离 本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这 些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种内外环协作辅助换流的等效电容分压软开关逆变器，其特征在于，包括：第一主开关管s1、第二主开关管s2、第三主开关管s3、第四主开关管s4、飞跨电容c
f
、主回路直流母线电容c
b
、第一辅助回路直流母线电容c
ab1
、第二辅助回路直流母线电容c
ab2
、第一辅助电容c
a1
、第二辅助电容c
a2
、第三辅助电容c
a3
、第一辅助二极管d
a1
、第二辅助二极管d
a2
、第三辅助二极管d
a3
、第四辅助二极管d
a4
、第一辅助开关管s
a1
、第二辅助开关管s
a2
、第三辅助开关管s
a3
、第四辅助开关管s
a4
、第五辅助开关管s
a5
、第六辅助开关管s
a6
、第七辅助开关管s
a7
、第八辅助开关管s
a8
、滤波电感l
in
、输入电源v
in
、第一辅助换流电感l
r1
、第二辅助换流电感l
r2
、第三辅助换流电感l
r3
；其中，所述第一主开关管s1的源极和第二主开关管s2的漏极相连于a点，第三主开关管s3的源极和第四主开关管s4的漏极相连于b点,第二主开关管s2的源极和第三主开关管s3的漏极相连于o点，飞跨电容c
f
一端连于a点，另一端连于b点；第五辅助开关管s
a5
的发射极与与第六辅助开关管s
a6
的集电极连接于i点，第七辅助开关管s
a7
的发射极与第八辅助开关管s
a8
的集电极连接于k点，第六辅助开关管s
a6
的发射极与第七辅助开关管s
a7
的集电极连接于j点，第三辅助电容c
a3
连接在i点和k点之间；第三辅助换流电感l
r3
连接在j点与o点之间；s
a5
的集电极连于a点；s
a8
的发射极连于b点；第一辅助二极管d
a1
的正极与第二辅助二极管d
a2
的负极相连于c点，第二辅助二极管d
a2
的正极与第一辅助开关管s
a1
的集电极连接于d点，第一辅助开关管s
a1
的发射极与第二辅助开关管s
a2
的集电极连接于e点，第一辅助电容c
a1
连接在c点和e点之间，第一辅助回路直流母线电容c
ab1
的一端连接于第一辅助二极管d
a1
的负极，另一端连接于第二辅助开关管s
a2
的发射极；第三辅助开关管s
a3
的发射极与第四辅助开关管s
a4
的集电极连接于f点，第四辅助开关管s
a4
的发射极与第三辅助二极管d
a3
的负极连接于g点，第三辅助二极管d
a3
的正极与第四辅助二极管d
a4
的负极连接于h点，第二辅助电容c
a2
连接在f点和h点之间，第二辅助回路直流母线电容c
ab2
的一端连接于第三辅助开关管s
a3
的集电极，另一端连接于第四辅助二极管d
a4
的正极；第一辅助换流电感l
r1
连接于d点和a点之间，第二辅助换流电感l
r2
连接于g点和b点之间；滤波电感l
in
一端连接于o点，另一端连接于输入电源v
in
的正极；第一主开关s1的漏极、第一辅助二极管d
a1
的负极与主回路直流母线电容c
b
的正极相连，第四主开关管s4的源极、第四辅助二极管d
a4
的正极、输入电源v
in
的负极与主回路直流母线电容c
b
的负极相连；设定i
load
为流经滤波电感l
in
的瞬时电流，i
load
为流经滤波电感l
in
的平均电流；c
1-c4主开关s
1-s4的等效并联电容，电容值都为c
m-oss
；c
a1-c
a8
为辅助开关s
a1-s
a8
的等效并联电容，电容值都为c
a-oss
；换流谐振电流i
r
定义为：换流谐振电感l
r
中通过的最大电流与滤波电感l
in
中的电流i
load
之差，考虑需要换流的主开关zvs导通时间的需求及i
load
测量误差确定；i
load
由输入电源v
in
正极流入o点定义为正；辅助换流电感l
r1
、辅助换流电感l
r2
和辅助换流电感l
r3
的电感值均为l
r
；流过辅助换流电感l
r1
的电流为i
lr1
，流过辅助换流电感l
r2
的电流为i
lr2
，流过辅助换流电感l
r3
的电流为i
lr3
。2.根据权利要求1所述的内外环协作辅助换流的等效电容分压软开关逆变器，其特征在于，逆变器电路工作流程及切换时间间隔为：
电路处于稳定状态，s1、s2处于导通状态，s3、s4和s
a1-s
a8
处于关断状态；输入电源电流i
load
通过s1、s2和c
b
续流；t0时刻，开通辅助开关s
a1
，延迟d
a1
后，关断s1；关断s1后，延迟d
a2
，开通s4；s4保持开通，d
a3
后，关断辅助开关s
a1
，关断主开关s4；断开s
a1
和s4后，延时d
a4
，开通主开关s1；t
δ1
和t
δ2
由主回路spwm的控制；s1保持导通，延时d
a5
，开通辅助开关s
a5
和s
a7
；d
a5
＝ττ由主回路spwm的控制；s
a5
和s
a7
保持导通，延时d
a6
，关断主开关s2；关断主开关s2后，延迟d
a7
，开通主开关s3；s3保持导通，延迟d
a8
，关断辅助开关s
a5
和s
a7
，关断主开关s3；断开s
a5
和s3后，延时d
a9
，开通主开关s2；t
δ3
和t
δ4
由主回路spwm的控制；s2保持导通，延迟d
a10
，开通辅助开关s
a2
；d
a10
＝ττ由主回路spwm的控制；s
a2
保持开通，延迟d
a11
，关断s1；关断s1后，延迟d
a12
后，开通主开关s4；
s4保持开通，延迟d
a13
，关断辅助开关s
a1
和s
a2
，关断主开关s4；t
δ5
由主回路spwm的控制；关断s4后，延迟d
a14
，开通主开关s1；t
δ6
由主回路spwm的控制；s1保持开通，延迟d
a15
，开通辅助开关s
a5
和s
a7
；d
a15
＝ττ由主回路spwm的控制；s
a5
和s
a7
保持开通，延迟d
a16
，关断主开关s1；关断s1后，延迟d
a17
，开通主开关s3；s3保持开通，延迟d
a18
，断开辅助开关s
a5
和s
a7
，断开主开关s3；辅助开关s
a5
和s
a7
关断，主开关s3关断，延时d
a19
，开通主开关s2，回到模式1；3.根据权利要求2所述的内外环协作辅助换流的等效电容分压软开关逆变器，其特征在于，电路运行过程中分为如下20个模式，每一模式工作过程为：模式1，t<t0：电路处于稳定状态，s1、s2处于导通状态，s3、s4和s
a1-s
a8
处于关断状态；输入电源电流i
load
通过s1、s2和c
b
续流；模式2，t
0-t1：t0时刻，开通辅助开关s
a1
，辅助二极管d
a1
自然导通，换流电感电流i
lr1
从零开始线性增加；t
a
时刻，i
lr1
(t)的值达到i
load
；t1时刻，换流电感电流i
lr1
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流及预充电流之和i
load
+i
r
相等；相等；其中t0时刻到t1时刻之间的时段t
0-1
为：
模式3，t
1-t2：t1时刻，关断s1，q点电位下降，主开关s1的等效并联电容c1和主开关s4等效输出电容c4发生谐振，对c1充电对c4放电；t2时刻，q点电位到达0；换流电感电流的时域表达式为：其中：其中：其中：其中t1时刻到t2时刻之间的时段t
1-2
为：模式4，t
2-t3:t2时刻，主开关s4的体二极管导通；l
r1
中的电流开始线性减少，t
b
时刻，开通主回路开关s4，t
c
时刻，l
r1
中的电流线性减小到i
load
；t3时刻，l
r1
中的电流线性减小到0；s4的zvs开通允许时间段为t2到t
c
之间的时段t
2-c
：：：其中t2时刻到t3时刻之间的时段t
2-3
为：t
2-3
＝t
0-1
模式5，t
3-t4：t3时刻，辅助开关管s
a1
断开，在t
δ1
之前，任意时刻关断第四辅助开关管s
a1
；其中t
δ1
由spwm(正弦脉宽调制)控制；电流在s2、s4、l
in
、c
f
和v
in
构成的回路中流通；其中t3时刻到t4时刻之间的时段t
3-4
为：t
3-4
＝t
δ1
模式6，t
4-t5:t4时刻，断开主开关管s4，q点电位开始上升；t5时刻，q点电位上升至第一主开关管s1自然导通，延迟t
δ2
时段，此时段由spwm，控制，开通主开关管s1，电流在s1、s2、
l
in
、c
b
和v
in
构成的回路中流通；其中t4时刻到t5时刻之间的时段t
4-5
为：模式7，t
5-t6：t5+t
δ2
+τ时刻，开通辅助开关s
a5
和s
a7
，换流电感电流i
lr3
从零开始线性增加；t
d
时刻，i
lr3
(t)的值达到i
load
；t6时刻，换流电感电流i
lr
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流及预充电流之和i
load
+i
r
相等；相等；其中t5时刻到t6时刻之间的时段t
5-6
为：模式8，t
6-t7：t6时刻，关断主开关s2，q点电位下降，主开关s2的等效并联电容c2和主开关s3等效输出电容c3发生谐振，对c2充电对c3放电；t7时刻，q点电位到达0；换流电感电流的时域表达式为：其中：其中：其中：其中t6时刻到t7时刻之间的时段t
6-7
为：模式9，t
7-t8:t7时刻，主开关s3的体二极管导通；l
r3
中的电流开始线性减少，t
e
时刻，开通主回路开关s3，t
f
时刻，l
r3
中的电流线性减小到i
load
；t8时刻，l
r3
中的电流线性减小到0；s3的zvs开通允许时间段为t7到t
f
之间的时段t
7-f
：
其中t7时刻到t8时刻之间的时段t
7-8
为：模式10，t
8-t9：t8时刻，辅助开关管s
a7
断开，在t
δ3
之前，任意时刻关断辅助开关管s
a5
；其中t
δ3
由spwm控制；电流在s1、s3、l
in
、c
f
、c
b
和v
in
构成的回路中流通；其中t8时刻到t9时刻之间的时段t
8-9
为：t
8-9
＝t
δ3
模式11，t
9-t
10
:t9时刻，断开主开关管s3，q点电位开始上升；t
10
时刻，q点电位上升至主开关管s2自然导通，延迟t
δ4
时段，此时段由spwm控制，开通主开关管s2，电流在s1、s2、l
in
、c
b
和v
in
构成的回路中流通；其中t9时刻到t
10
时刻之间的时段t
9-10
为：模式12，t
10-t
11
：t
10
+t
δ4
+τ时刻，开通辅助开关s
a2
，辅助二极管d
a2
自然导通，换流电感电流i
lr1
从零开始线性增加；t
g
时刻，i
lr1
(t)的值达到i
load
；t
11
时刻，换流电感电流i
lr1
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流及预充电流之和i
load
+i
r
相等；相等；其中t
10
时刻到t
11
时刻之间的时段t
10-11
为：模式13，t
11-t
12
：t
11
时刻，关断主开关s1，q点电位下降，主开关s1的等效并联电容c1和主开关s4等效输出电容c4发生谐振，对c1充电对c4放电；t
12
时刻，q点电位到达0；换流电感电流的时域表达式为：其中：其中：
其中t
11
时刻到t
12
时刻之间的时段t
11-12
为：模式14，t
12-t
13
:t
12
时刻，主开关s4的体二极管导通；l
r1
中的电流开始线性减少，t
h
时刻，开通主回路开关s4，t
i
时刻，l
r1
中的电流线性减小到i
load
；t
13
时刻，l
r1
中的电流线性减小到0，辅助二极管d
a2
断开；s4的zvs开通允许时间段为：的zvs开通允许时间段为：的zvs开通允许时间段为：其中t
12
时刻到t
13
时刻之间的时段t
12-13
为：模式15，t
13-t
14
：t
13
时刻，辅助开关管s
a1
和s
a2
的反并联二极管自然断开，辅助开关管s
a1
的反并联二极管自然导通，c
ab1
上的电荷保持平衡，将前一模式流出的电荷再流回；模式15+：t
14
时刻，关断辅助开关管s
a1
和s
a2
；电流在s2、s4、l
in
、c
f
和v
in
构成的回路中流通；其中t
13
时刻到t
14
时刻之间的时段t
13-14
为：t
13-14
＝t
δ5
t
δ5
由spwm控制；模式16，t
14-t
15
:t
14
时刻，断开主开关管s4，q点电位开始上升；t
16
时刻，q点电位上升至第一主开关管s1自然导通，延迟t
δ6
时段，此时段由spwm控制，开通主开关管s1，电流在s1、s2、l
in
、c
b
和v
in
构成的回路中流通；其中t
14
时刻到t
15
时刻之间的时段t
14-15
为：模式17，t
15-t
16
：t
15
+t
δ6
+τ时刻，开通辅助开关s
a5
和s
a7
，换流电感电流i
lr3
从零开始线性增加；t
j
时刻，i
lr3
(t)的值达到i
load
；t
16
时刻，换流电感电流i
lr
(t)大小与滤波电感l
in
中的电流及预充电流之和i
load
+i
r
相等；
其中t
15
时刻到t
16
时刻之间的时段t
15-16
为：模式18，t
16-t
17
：t
16
时刻，关断主开关s1，q点电位下降，主开关s1的等效并联电容c1和主开关s3等效输出电容c3发生谐振，对c1充电对c3放电；t
17
时刻，q点电位到达0；换流电感电流的时域表达式为：其中：其中：其中：其中t
16
时刻到t
17
时刻之间的时段t
16-17
为：模式19，t
17-t
18
:t
17
时刻，主开关s3的体二极管导通；l
r3
中的电流开始线性减少，t
k
时刻，开通主回路开关s3，t
l
时刻，l
r3
中的电流线性减小到i
load
；t
18
时刻，l
r3
中的电流线性减小到0；s3的zvs开通允许时间段为t
18
到t
l
之间的时段t
18-l
：：：其中t
17
时刻到t
18
时刻之间的时段t
17-18
为：
模式20，t
18-t
19
：t
18
时刻，辅助开关管s
a7
断开，在t
δ7
之前，任意时刻关断辅助开关管s
a5
；其中t
δ7
由spwm控制；电流在s1、s3、l
in
、c
f
、c
b
和v
in
构成的回路中流通；t
19
时刻，关断主开关s3；其中t
18
时刻到t
19
时刻之间的时段t
18-19
为：t
18-19
＝t
δ7
延时大于时段，开通主开关s2，则回到模式1。

技术总结
本发明公开一种内外环协作辅助换流的等效电容分压软开关逆变器，可实现主回路开关的ZVS导通和辅助回路开关的ZCS导通。通过内外环协作实现辅助换流，导通的辅助开关管数量控制在两个之内。电荷平衡使得电容分压点保持恒压状态。有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。EMI。EMI。


技术研发人员：禹健
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：2021.10.07
技术公布日：2022/3/8