用于谐振逆变的方法和电路技术

本发明专利技术涉及一种谐振逆变器，包括具有至少一个电感和电容的谐振电路，和所述谐振电路电气相连的开关电路，并包括至少一个功率电子元件，以及用于按照给定的算法和策略控制每个功率电子元件的控制电路，所述控制电路和开关电路电气相连。本发明专利技术的独特的特征在于谐振逆变器还包括具有至少一个控制电感（１２’，３２’）的脉冲发生电路（１２’；１５；３２’，３１），所述控制电感和谐振电路的至少一个电感（１２，３２）是感应耦合的，借以以感应方式向谐振电路传递能量。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种谐振逆变器，并涉及一种用于维持谐振逆变器的谐振电路中的振荡的方法。美国专利5111374披露了一种短路型的谐振逆变器。该专利中描述的谐振逆变器包括电压源或和谐振电路相连的直流总线，其依次向相连的开关电路供电或者被相连的开关电路供电，所述开关电路包括多个功率开关，其中每个功率开关具有反并联的二极管。然而，上述电路的缺点在于，维持电路的谐振部分中的谐振是复杂而不方便的。其中通过使谐振电容器短路引起并维持谐振。首先，功率开关受到应力，当谐振开始时尤其如此，这当然影响逆变器的寿命。其次，关于可达到的最大电压的范围受到限制。第三，使用的短路方法要求进行谐振电路的振荡状态的复杂的电流控制。发生在这种结构中的另一个问题是需要确定谐振逆变器的开关的导通与截止的时刻，因为在所涉及的振荡过程中根本没有给出给定的门限参考值，例如开关两端的电压为0伏。因而，和谐振电路的谐振同步地控制所述开关是困难而麻烦的。如权利要求1所述，当谐振逆变器还包括具有至少一个控制电感的脉冲发生电路时，其中所述控制电感以感应方式和谐振电路的至少一个电感耦联，便可以确保能够通过感应耦合从脉冲发生电路向谐振电路馈入能量。结果，谐振电路便可以按照特定要求的振荡方式被启动和控制，使得谐振电路的振荡根据需要被启动或被维持成为简单的事情。因而，本专利技术能够使用简单的方式对谐振电路进行控制，借以消除元件应力、经常的功率下降和随之而引起的电路的再起动。此外，应当说明，可以以最佳的方式阻尼不希望的瞬变过程，或者完全避免瞬变过程，使得不会发生例如由于短路开始时的突然的电压跃变。还应当说明，用于控制谐振电路的谐振状态的控制电路可被大大简化，因为在谐振电路中的振荡可以被自调整而到达峰值。因而，按照本专利技术，能够避免谐振电路中的振荡完全停止的情况，因为在其最低的振荡状态下，振荡也不会等于0V。此外，应当说明，谐振电路的非常简单的控制可以提供谐振电路的可预测的均匀的可再现的输出，并且用于开关电路的控制算法因而可以被简化。其理由之一是，在谐振电路的输出中的过零点为检测和控制提供了非常简单的依据。此外，本专利技术可以使控制电路和逆变器中的谐振电路本身实现电气隔离。当脉冲发生电路和谐振电路以感应方式耦合时，还能够保证谐振电路的物理特性可以控制脉冲的产生，例如通过根据在谐振电路中的电感的电压的符号来控制脉冲的产生。因而，按照本专利技术，可以达到非常高的效率，因为谐振电路可以得到最佳的应用，使得开关电路中的开关具有最小的振荡损耗，因为开关的导通和截止可以在0V时实现，所以对于每个开关可以获得最小的dV/dt。因而本专利技术通过以感应方式向谐振电路馈入能量，可以补偿谐振电路中的欧姆损耗。按照本专利技术，还能够进行逆变器电路的谐振电路的“软”启动，使得所需的谐振振荡在一个合适的时间间隔之后被达到，而没有不希望的瞬变或过冲，因为可以通过馈入最小的能量来维持振荡。此外，应当说明，在原理上，谐振逆变器可以被设置成为双向的。功率电子元件例如可以由双极晶体管、GTO、IGTB或其类似物构成。当谐振逆变器的功率电子元件和至少一个二极管反向并联时，可以实现本专利技术的特别优选的实施例，因为反并联二极管可以使系统具有双向性能。当电路还包括具有至少一个功率电子元件的开关电路时，所述开关电路和谐振逆变器的谐振电路电气相连使得谐振电路和至少两个开关电路相连，所述谐振电路还包括至少一个DC集电电容，便能实现一种DC-AC变换器，其可以通过DC集电电容以公知的方式使两个AC网络或发电机进行双向连接。因而，按照本专利技术，可以实现在两个AC网络之间的具有最小的功率损耗的无瞬变的或者接近无瞬变的动态耦合。如果需要在每个AC侧之间的双向连接，可以理解，在开关电路中的各个开关必须是双向的。频率产生电路包括用于检测在控制电感与/或在谐振电路的至少一个电感上的电压的符号的装置，所述频率产生电路包括用于在至少一个控制电感中产生电流脉冲的装置，从而使得在控制电感或电感中的电流和电压完全同相或部分同相，可以以简单方式启动、控制和维持谐振电路中的振荡，因为通过在谐振电路的电感和脉冲发生电路的电感之间的感应耦合，使得谐振电路的固有振荡特性特别是谐振电路的实际的振荡状态决定瞬变过程。决定因素是，至少在振荡周期的一部分，能量从脉冲发生电路传递给谐振电路。当脉冲发生电路根据上述一个电感上的电压的相位产生电流时，在脉冲发生电路和谐振电路之间便获得一种组合的前馈和反馈。此外，应当说明，按照本实施例，极其简单地构成了用于检测控制电感上的电压的符号的装置，因为这可以借助于一个和控制电感的绕组耦联的比较器以简单的方式实现。还应当说明，本实施例当其被设计成和谐振电路电气绝缘时，本实施例是极其简单和精致的，因为其可以利用只被加上低电压的小功率电子器件来实现。在某个电路中，按照本专利技术，最好是在正电压下向控制电感供给一个同相电流，而当控制电感上的电压为负时，不供给其电流，借以确保实际上从控制电感向谐振电感传递全部能量。当谐振逆变器包括用于检测谐振电路的输出电压等于或近于0的装置时，所述装置和控制电路电气相连，所述控制电路只适用于当检测装置检测到电压等于或近于0时向开关电路发出导通/截止控制信号，可以实现本专利技术的一个优选实施例，因为开关电路的控制可以通过简单的方式和谐振电路的振荡同步。还应当说明，可以用非常简单的方式构成检测和控制电路，因为在谐振电路中的振荡状态是容易预测的和均匀的，使得在谐振电路的输出信号中的过零点对于控制电路是一种足够的输入参数，然后控制电路控制各个开关的导通和截止。应当说明，控制信号不必在每次检测到谐振电路的输出信号过零时发出。还应当说明，按照本专利技术，可以通过在控制电感和谐振电感之间的感应耦合检测过零点，这本身就是独特的，因为在谐振电路的高压部分的过零点可以从控制电感的电流检测和有关谐振电路的知识导出。这还简化了整个系统，使得更简单更廉价地设计逆变器，因为所有的检测电路都可以在一次侧上提供，或者更具体地说，可以在谐振电路和频率发生电路之间的感应耦合的低压侧上提供。当通过和谐振电路的至少一个电感进行感应耦合向谐振电路进行能量传递时，便能实现一种谐振电路的谐振振荡的有利的控制和维持。当被传递到谐振电路的电感中的能量基本上相应于谐振电路的欧姆损耗时，便可以实现本专利技术的有关特别优选的实施例，因为本专利技术能够专门供给为维持谐振电路的振荡实际所需的能量。事实上在许多结构中供给大于相应于欧姆损耗的能量是必须的和有利的。下面参照附图详细说明本专利技术，其中附图说明图1是按照本专利技术的DC-AC谐振逆变器的示意图2表示本专利技术的AC-DC-AC型的谐振逆变器的另一个实施例；图3表示按照本专利技术的DC-AC谐振逆变器的更详细的结构；以及图4表示按照本专利技术的相应于图3所示的谐振变换器的瞬变过程。图1表示按照本专利技术的一个实施例的示意图。所示的实施例是具有三相输出的DC-AC谐振逆变器。这种谐振逆变器由直流电压源10构成，直流电压源的一端和地11相连，同时其另一端和谐振电路的输入端相连，所述谐振电路由和电阻13串联的电感12构成，电阻13通过谐振电容器14和地11相连。因而所示的逆变器中的谐振电路由电感12和与其相连的电容器14构成，而电阻13在电路中形成衰减。谐振电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振逆变器，包括： －具有至少一个电感和一个电容的谐振电路， －和谐振电路相连的并包括至少一个功率电子元件的开关电路， －用于按照给定的算法或策略控制每个功率电子元件的控制电路，所述控制电路和开关电路电气相连， 其特征在于 谐振逆变器还包括具有至少一个控制电感（１２’，３２’）的脉冲发生电路（１２’，１５；３２’，３１），所述控制电感和谐振电路的至少一个电感（１２；３２）是感应耦合的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂蒙克尼尔森，
申请(专利权)人：APC丹麦公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]