采用逆阻型IGBT的零电流开关PWM电流源型半桥变换器_7
IGBT应用中常见问题及解决方法
IGBT应用中常见问题及解决方法————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：IGBT应用中常见问题及解决方法来源：半导体器件应用网摘要：综合了gtr和mosfet优点的igbt,是一种新型的80年代问世的绝缘栅双极性晶体管，它控制方便、工作频率高、开关速度快、安全工作区大。
随着电压、电流等级的不断提高，igbt成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等装置的理想功率开关器件，在电力电子装置中得到非常广泛的应用。
关键字：变频调速器，开关电源，ups逆变电源随着现代电力电子技术的高频大功率化的发展，开关器件在应用中潜在的问题越来越凸出，开关过程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的工作效率和工作可靠性。
为解决上述问题，积极采用了过电流保护、散热及减少线路电感等措施，缓冲电路和软开关技术也得到了广泛的研究，取得了迅速的进展。
本文就针对这方面进行了综述。
2 igbt的应用领域2。
1 在变频调速器中的应用spwm变频调速系统的原理框图如图1所示。
主回路为以igbt为开关元件的电压源型spwm逆变器的标准拓扑电路，电容由一个整流电路进行充电，控制回路产生的spwm信号经驱动电路对逆变器的输出波形进行控制；变频器向异步电动机输出相应频率、幅值和相序的三相交流电压,使之按一定的转速和旋转方向运转。
2.2 在开关电源中的应用图2为典型的ups系统框图。
它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器以及把直流电再变为交流电的逆变器。
蓄电池在交流电正常供电时贮存能量且维持正常的充电电压，处于“浮充”状态.一旦供电超出正常的范围或中断时，蓄电池立即对逆变器供电,以保证ups电源输出交流电压。
ups逆变电源中的主要控制对象是逆变器,所使用的控制方法中用得最为广泛的是正弦脉宽调制（spwm)法。
2。
3 在有源滤波器中的应用并联型有源滤波系统的原理图如图3所示。
电力电子试题及答案及电力电子器件及其驱动电路实验报告
一、填空题：（本题共7小题，每空1分，共20分）
1、请在正确的空格内标出下面元件的简称：
电力晶体管GTR；可关断晶闸管GTO；功率场效应晶体管MOSFET；绝缘栅双极型晶体管IGBT；IGBT是MOSFET和GTR的复合管。
2、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的触发功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。
ton=1.8us，ts=1.8us，tf=1.2us
（2）电阻、电感性负载时的开关特性测试
除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”与“22”断开而将“2”与“22”相连)，其余接线与测试方法同上。
ton=2.1us，ts=10.0us，tf=2.5us
2．不同基极电流时的开关特性测试
2．不同基极电流时的开关特性测试。
3．有与没有基极反压时的开关过程比较。
4．并联冲电路性能测试。
5．串联冲电路性能测试。
6．二极管的反向恢复特性测试。
三．实验线路
四．实验设备和仪器
1．MCL-07电力电子实验箱中的GTR与PWM波形发生器部分
2．双踪示波器
3．万用表
4．教学实验台主控制屏
五．实验方法
GTR ：1
PWM：1
GTR：6
PWM：2
GTR：3
GTR：5
GTR：9
GTR：7
GTR：8
GTR：11
GTR：18
主回路：4
GTR：15
GTR：16
GTR：19
GTR：29
GTR：21
GTR：22
主回路：1
用示波器观察，基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。
电力电子技术基础课件：逆变电路
V2
VD1 VD2 VD1 VD2
逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路
t3-t4:t3时刻电流过零边负，V2导通，负载电 流反向增加，输出电压uo =-Ud/2；
t4-t5:t4时刻V2关断，给V1驱动信号，由于 阻感负载电流不能突变，此时电流通过VD1续流， 电流逐渐减小，输出电压uo =Ud/2；
通而变为零，则称为熄灭。
电力电子技术
第四章 逆变电路
4.2 单相逆变电路工作原理
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 单相电流型逆变电路
逆变电路
电压型逆变电路的特点
1、直流侧为电压源或并联大电容，直流
侧电压基本无脉动。
+
2、由于直流电压源的钳位作用，输出电
压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不 Ud
单相电流型逆变电路
iT
i VT1,4
i VT2,3
Id 0
tγ
uo/io
t
0
t1
Id t2 t3 t4
t5
tφ
t6 t7
t
tδ tβ
电流型逆变电路波形图
逆变电路
单相电流型逆变电路
t2-t4阶段：t2时刻四个晶闸管全部导通，负 载电容电压经两个回路LT1、VT1 、VT3 、LT3 和 LT2、VT2 、VT4 、LT4 放电；t4时刻VT1、VT4的 电流减小到零关断，直流侧电流Id全部转移到 VT2和VT3支路，换流结束。 。
VD3 VD4
u G1
0
t
u G2
0
t
u G3
q
0
t
u G4
0
t
uo io
电力电子技术习题及答案
电力电子技术习题集习题一1. 试说明什么是电导调制效应及其作用。
2. 晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管由导通变为关断的条件是什么，如何实现？3. 有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？4. 图1-30中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值、有效值。
如不考虑安全裕量，额定电流100A 的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值I d 各位多少？(f)图1-30 习题1-4附图5. 在图1-31所示电路中，若使用一次脉冲触发，试问为保证晶闸管充分导通，触发脉冲宽度至少要多宽？图中，E =50V ；L =0.5H ；R Ω; I L =50mA （擎住电流）。
图1-31习题1-5附图 图1-32习题1-9附图6. 为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO 却可以？7. GTO 与GTR 同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？8. 试比较GTR 、GTO 、MOSFET 、IGBT 之间的差异和各自的优缺点及主要应用领域。
9. 请将VDMOS （或IGBT ）管栅极电流波形画于图1-32中，并说明电流峰值和栅极电阻有何关系以及栅极电阻的作用。
10. 全控型器件的缓冲吸收电路的主要作用是什么？试分析RCD 缓冲电路中各元件的作用。
11. 限制功率MOSFET 应用的主要原因是什么？实际使用时如何提高MOSFET 的功率容量？习题二1．具有续流二极管的单相半波可控整流电路，带阻感性负载，电阻为5Ω，电感为0.2H，电源电压的有效值为220V，直流平均电流为10A，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出晶闸管的电压定额（考虑电压2-3倍裕度）。
2．单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0～100V连续可调，输出电压平均值为30 V时，负载电流平均值达到20A。
IGBT单相半桥无源逆变电路设计
《单片机技术》课程设计说明书模板IGBT单相半桥无源逆变电路设计院、部：电子与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称：博士专业：自动化班级：完成时间：2013年5月20日摘要本次课程设计的题目是IGBT单相半桥无源逆变电路设计，同时设计相应的触发电路。
根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。
当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。
本次设计中主要由交流电源，整流，滤波和半桥逆变电路四部分构成电路的主电路，驱动电路和驱动电源构成指挥主电路中逆变桥正确工作的控制电路。
设计中使用到的绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。
它是一种典型的全控器件。
它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。
现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。
本文对使用的IGBT单相半桥无源逆变电路进行了波形的仿真和分析。
关键词：IGBT;单相半桥；无源逆变ABSTRACTThe course design is the subject of IGBT single-phase half-bridge passive inverter circuit design, while the design of trigger circuit corresponding. According to the related knowledge of power electronics technology, single-phase bridge inverter circuit is a circuit common, compared with the rectifier circuit, the DC to AC inverter circuit become. When the AC side is connected to the power grid, called active inverter; when the AC side directly and load connected, called passive inverter, the inverter circuit is widely applied in real life.This design is mainly composed of AC power, rectifier, filter and half-bridge inverter circuit four parts of the main circuit circuit, driving circuit and power supply control circuit in the main circuit of inverter bridge command work properly. Insulated gate bipolar transistor to use in design (Insulated-gate Bipolar Transistor), the English abbreviation for IGBT. It is a typical control device. It combines the advantages of GTR and MOSFET, which has a good characteristic. Has now become the leading device, high power electronic equipment. This paper analyzed and simulated waveforms of IGBT single-phase half-bridge inverter circuit using passive.Keywords:IGBT; single-phase half-bridge; passive inverter第一章 系统方案设计及原理1.1 系统方案系统方案如图1所示，在电路原理框图中，交流电源、整流、滤波和半桥逆变电路四个部分构成电路的主电路，驱动电源和驱动电路两部分构成指挥主电路中逆变桥正确工作的控制电路。
电力电子技术复习题 _含答案)
12、 在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取 U2（）
13、 在单相桥式全控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。
（）
14、 单相全控晶闸管整流电路中，带电感性负载，没有续流二极管时，导通的晶闸管在电源电压过零时不关断。
（）
15、 三相半波可控整流电路也必需要采用双窄脉冲触发。（ ）
2 晶闸管整流电路
2、 给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 （ ）
3、 晶闸管导通后其电流趋向无穷大。
（）
4、 已经导通的晶闸管恢复阻断的唯一条件是 AK 极电源电压降到零或反向。（ ）
5、 晶闸管并联使用时，必须采取均压措施。 （ ）
6、 晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。 （ ）
7、 触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。（ ）
合型 的 PWM 控制方法。 3、 正激电路和反激电路属于 13 励磁，半桥电路和全桥电路属于 14 励磁。 4、 开关电源大都采用 15 PWM 控制器.其原理方案分为 16 、 17 和 18 三类。 5、 试填写下列电路的名称
3 / 14
半桥电路 反激电路
正激电路 全桥电路
推挽电路
4、逆变电路
中，通常采用 规则采样法 来代替上述方法，在计算量大为减小的情况下得到的效果能够满足工程需要。
3. PWM 逆变电路３种目标控制： ７ 电压、 ８
电流和圆形磁链的 ９ 压 比较、 滞环电流比较 和 三角波比较。
5. 相电压正弦波叠加 3 次谐波构成 13 与三角波比较产生 PWM，可以提高 14 利用率并降低 15 。
2 / 14
致集电极电流增大，造成器件损坏。这种电流失控现象被称这 擎住 效应。 11、 IGBT 往往与 反并联 的快速二极管封装在一起，制成模块，成为逆导器件 。 12、电力电子器件是在电力电子电路中是作为可控开关来用。电力电子器件是一种半导体开关，实际上是一种单 向单极开关。它不是理想开关，存在开关时间和开关暂态过程。开关时间尤其是关断时间限制了电力电子器件的 开关频率。 13、电力电子应用系统一般由控制电路、驱动电路和主电路组成一个系统。为了提高系统可靠性，还应加入电 压、电流检测电路和过压、过流保护电路并构成反馈闭环控制。 14.几乎所有的电力半导体器件均为 单向极性 开关。电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可 关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（Power MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中， 在可控的器件中，功率范围最大的是 SCR 晶体管 ，开关频率最高的是_PMOS 电力场效应管
一种新型零电流开关PWM电流源型半桥变换器
１ 引 言
电流源 型变 换器 具有 输 入 电流脉 动 小 ，输 出和 输 入 电压变 换 比大 的优 点 ． 电动汽 车 、 在 不停 电电源 系 统 （ ｎｎｅｒｐｅ ｏ ｅ Ｓ ｐ ｌ． 称 Ｕ Ｓ 和 图像 Ｕ ｉｔ ｕ ｔｄＰ ｗ ｒ ｕ ｐｙ 简 ｒ Ｐ） 显 示驱 动系 统等 领域 得 到应用 ．近年 来 引起 各 国学 者 的 关注 ［］ １ 。对 比全 桥 、 桥 和 推挽 ３种 电流 源 型 － － ６ 半 电路 拓 扑 的 开 关 管 应 力 、 通 损 耗 和 变 压 器 利 用 导
Ｚ Ｓ是 一 种 主 动 消 除 产 生 电压 尖 峰 源 头 的方 Ｃ
案 。它在 开 关管 关 断之前 将 流过 其 的 电流 转 移到变 压 器 漏感 中 ， 使开 关管 关 断后 的漏 感 电流 从零 增加 到稳 态值 的过程 消 失 ．从而 消 除 了产生 电压尖
峰 的源头 。 于此 提 出一 种新 的 Ｚ ＳＰ Ｆ Ｂ变 基 Ｃ ＷＭ Ｃ Ｈ 换 器 ．它 在 Ｃ ＨＢ变换 器 的变 压器 次级 加 入一 条有 Ｆ
ｏ ｃ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｖ ｌ ｇ ｐ ｋ ． ｒ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｉ ｒ ｂ ｅ ， ｉ ｐ ｐ ｒ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｅ ｅ ｏ Ｃｕ ｅ ｔ ｗｉ ｈ ｎ Ｐ ｌｅ ｓ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｔ ｅ ｓ ｉｅ Ｉ ｏ ｄ ｒ ｔ ｏｖ ｈ ｓ ｐ ｏ ｌｍ ｔ ｓ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｓ ａ ｎ ｖ ｌＺ ｒ－ ｒ ｎ — ｔ ｉ ｇ ｕ ｓ ｌ ｏ ａ ｎ ｈ Ｓ ｃ
是硬 开通 ， 降低 了变 换效 率Ｉ ５ ＿ 变压 器初 级加 入 电 。在
感和 电容 谐 振 支 路 为 器 件 提 供 零 电流 关 断 （ ｃ ） ｚｓ． 克服 了变 压器 漏 感 引起 的 开 关 管关 断 电压 尖 峰 ． 但
基于IGBT的PWM变流器控制
基于IGBT的PWM变流器控制目前在各个领域实际应用的整流电路几乎都是晶闸管相控整流电路或二极管整流电路。
晶闸管整流电路的输入电流滞后于电压，其滞后角随着触发延迟角α的增大而增大，位移因数也随之降低。
同时，输入电流中谐波分量也相当大，因此功率因数很低。
二极管整流电路虽然位移因数接近1，但输入电流中谐波分量很大,所以功率因数也很低。
如前所述，PWM控制技术首先是在直流斩波电路和逆变电路中发展起来的。
随着IGBT为代表的全空性器件的不断进步，在逆变电路中采用的PWM控制技术以相当成熟。
目前，SPWM控制技术已在交流调速用变频器和不间断电源中获得了广泛应用。
把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路,就形成了PWM整流电路.通过对PWM整流电路的适当控制,可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为1.这种整流电路也可以成为单位功率因数变流器，或高功率因数整流器。
一、IGBT简介由图1看出IGBT包含P+/N—/P/N+四层结构，可以认为IGBT是由一个MOSFET和一个PNP三极管组成，由栅极控制的MOSFET来驱动PNP晶体管；也可以把它看成是由一个VDMOS和一个PN二极管组成..以图1为例分析IGBT的工作模式。
在图1所示的结构中,栅极G与发射极E短接且接正电压、集电极接负压时，器件处于反向截止状态。
此时J1、J3结反偏、J2结正偏,J1、J3反偏结阻止电流的流通，反向电压主要由J1承担。
当栅极G与发射极E短接，集电极C相对于栅极加正电压时,J1、J3结正偏、J2结反偏，电流仍然不能导通，电压主要由反偏结J2承担,此时IGBT处于正向截止.PT型IGBT由于缓冲层的存在通过牺牲反向阻断特性来获得图1较好的正向阻断特性,而NPT型IGBT则拥有较好的正反向阻断特性。
当集电极C加正电压,栅极G与发射极E施加电压大于阈值电压时,IGBT的MOS沟道开启，器件进入正向导通状态.GTR、GTO是双极型电流驱动器件，由于电导调制效应，气导通能力很强，但开关速度较慢,所需驱动功率打，驱动电路复杂。
IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计
IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计引言：无源逆变器是一种将直流电源转换为交流电源的电力电子装置。
在工业和家庭中，无源逆变器被广泛应用于交流电源的供应，如电机驱动、照明系统和电力供应等。
本文将介绍IGBT单相电压型半桥无源逆变电路的设计原理和方法。
一、无源逆变器原理：无源逆变器的基本原理是通过DC电源，经过电容滤波以及交流输出变压器等，将直流电源转换为交流电源。
在半桥无源逆变器中，瞬时电流流经其两个输出电容之一，从而实现交流输出。
二、电路设计：1.IGBT选择：由于半桥无源逆变器所需承受较高的电压和电流，因此需要选择耐压能力强的IGBT。
根据要求，选择耐压大于输入电压和输出电压的IGBT装置。
2.控制电路设计：半桥无源逆变器需要一个合适的控制电路来控制IGBT的开关状态。
一种常见的控制方法是采用PWM（脉冲宽度调制）技术。
PWM技术可通过控制转换器的开关时间，来实现输出电压的调节。
3.输出滤波电路设计：在半桥无源逆变器中，输出的交流电压通常需要通过滤波电路进行过滤，以消除输出中的谐波和噪音。
滤波电路通常由电感和电容组成，可根据需求选择适当的参数。
4.保护电路设计：为了确保无源逆变器的安全运行，需要设计相应的保护电路。
保护电路可以包括过压保护、过流保护、温度保护等功能，以防止电路过载、过热等情况发生。
三、实际应用：1.交流电机驱动：无源逆变器常用于交流电机驱动中，通过将直流电源逆变成交流电源，实现电机的控制和调速。
逆变器可以根据需要变换频率和电压，以满足不同负载的要求。
2.照明系统：无源逆变器也可以应用于照明系统中，通过逆变电路将直流电源转换成交流电源，供给照明设备。
逆变器可以实现对照明的调亮调暗和调色调温等功能，提高照明系统的灵活性。
3.电力供应：无源逆变器可以将直流电源转换为交流电源，用于电力供应。
逆变器可以应用于太阳能和风能等可再生能源系统中，将直流电源转换为交流电源，供给家庭和工业用电等。
三电平逆变器的设计
三电平逆变器的设计摘要：多电平逆变器是近年来电力电子领域中中高压大功率应用场合研究的一个热点，这种逆变器用小容量的器件输出高容量、高质量的电能，因此在中高压变频调速、交流柔性输电系统等场合得到广泛的关注。
本文从二极管箝位型三电平的拓扑电路出发，详细分析了三电平的SVPWM原理，介绍了三电平的电压空间矢量控制策略（SVPWM），用电压空间矢量方程求解了每个扇区内四个小三角形的电压空间矢量和三电平母线箝位电压空间矢量控制策略，在母线箝位SVPWM方法中由于存在每一个小扇区中有一个开关状态保持不变，从而使得开关频率最小化。
最后仿真实验证实了这种空间矢量控制策略的特点，并将这种方法与一般的SPWM方法进行比较，发现其开关损耗小，电流畸变也小。
关键词：三电平逆变器；中点箝位三电平逆变器；母线箝位SVPWMClamp Diode-type Inverter DesignAbstract: During recent years, multilevel inverter has been widely researched in high power level application with high voltage output. Power energy with characteristic of high capacity and high quality can be achieved by this type of inverter, in which relatively small capability and low voltage switches are adopted. So this technique has been widely concentrated in such application as medium-high voltage transducer and Flexible AC Transmission SystemIn this paper, the principle of the three-level SVPWM is specified consequently based on the circuit topology of NPCTLI three-level inverter. And the three-level SVPWM is introduced, and then the voltage space vector of four small triangles in each sector is solved using the voltage space vector equation. Because a switch isn’t changed in the small triangle of each in bus clamped SVPWM, switching frequency of use makes minimum. At last, achievement of the SVPWM driving signal by using the tool of SIMULINK is discussed. The loss of switch and THD of current can be reduced compared with usual SPWM technique.Key words: Three-level Inverter; NPCTLI ，Bus Clamped Space Vector Pulse Width Modulation第一章引言电力电子学作为一门研究电能变换的理论、方法和应用的专门学科，其主要任务就是“随心所欲”的使用电能——高效率地提供任意形式和容量的电能。
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采用逆阻型IGBT的零电流开关PWM 电流源型半桥变换器肖华锋，谢少军（南京航空航天大学自动化学院，江苏省南京市 210016）A ZCS PWM Current-Fed Half-Bridge Converter with ReverseBlock IGBTXIAO Huafeng, XIE Shaojun(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu, China)ABSTRACT: The Current-Fed Half-Bridge Converter (CFHB Converter) suffer from the leakage inductance which results in oscillation and voltage spike. In order to solve this problem, this paper proposed a novel ZCS PWM CFHB Converter. The reverse blocking IGBT (RB-IGBT) is employed in the main switch, which reduced the spike of resonant current and eliminated the voltage spike. Operation principle and characteristic of the novel converter are analyzed and verified by a prototype converter. The experimental results are also included in this paper.KEY WORDS: Current-Fed Half-Bridge Converter; Zero-current-switching; Reverse blocking IGBT摘要：电流源型半桥变换器(Current-Fed Half-Bridge Converter, CFHB)由于变压器漏感的存在引起了开关管关断电压尖峰。
为解决这个问题，本文提出一种新的ZCS PWM CFHB变换器，主功率器件选用逆阻型IGBT(RB-IGBT)可以彻底消除主功率管的电压尖峰和有效减小谐振电流峰值。
本文详细分析了这种新型变换器的工作原理和特性，并在一个600W的原理样机上进行验证，最后给出试验结果。
关键词：电流源型半桥变换器；零电流开关；逆阻型IGBT1. 引言电流源型半桥变换器具有输入电流脉动小和输出输入电压变换比大的优点，在电动汽车、不停电系统（UPS）和图像显示驱动系统等领域得到应用[1-3]，近年来引起各国学者的关注[4-7]。
文献[3]首次利用对偶原理从电压源型半桥变换器推导出电流源型半桥变换器，电路结构如图1所示。
该变换器输入侧电流回路只需经过一个有源器件，导通损耗小，成为低电压大电流输入场合的优选拓扑。
由于变压器漏感的存在引起开关管关断电压尖峰和实现软开关困难成为CFHB变换器的研究难点。
文献[4]利用变压器漏感和开关管寄生电容谐振为开关管提供零电压开关(ZVS)条件，却使得开关管电压应力增加一倍，进一步恶化了CFHB变换器电压应力大的缺点。
文献[5]采用无源无损元件为开关管提供零电压关断，有效抑制了开关管电压尖峰，但电路较复杂。
文献[6]和[7]均采用RCD有损方案吸收电压尖峰，并且为硬开通，降低了变换效率。
文献[8]提出在变压器原边加入电感和电容谐振支路为开关管提供零电流关断(ZCS)，克服了变压器漏感引起的开关管关断电压尖峰，但变频控制(PFM)的缺陷限制了该方案广泛应用。
ZCS是一种主动消除产生电压尖峰源头的方案。
它在开关管关断之前将其流过的电流转移到变压器漏感中，使得开关管关断后漏感电流从零增加到稳态值的过程消失，也就消除了产生电压尖峰的源头。
但主功率器件若采用普通绝缘栅双极性晶体管(IGBT)或场效应晶体管(MOSFET)，其反并联二极管的反向恢复再次引起了关断电压尖峰。
逆阻型IGBT是一种可以承受反向电压的新型器件[9-12]，可以等效为普通IGBT与二极管的串联组合，如图2所示。
主功率器件采用逆阻型IGBT可以阻断反向电流，避免了电压尖峰的产生，并且可以有效降低谐振电流峰值。
本文提出一种采用逆阻型IGBT的ZCS PWM CFHB变换器(图3(a))，它在基本CFHB变换器的变压器副边加入一条有源谐振支路（Sa1、Sa2和C r），可以实现变换器的变脉宽控制(PWM)，利用变压器的漏感作为谐振电感为主功率管和辅助功率管创造ZCS条件。
图1 电流源型半桥变换器图2 逆阻型IGBT2. 工作原理本文提出的ZCS PWM CFHB变换器如图3(a)所示，在变压器副边加入一条有源谐振支路（S a1、S a2和C r）。
利用变压器漏感L r和谐振电容C r的串联谐振为主开关管创造ZCS条件，辅助开关控制谐振过程的起始时刻，实现PWM控制，两个辅助开关保证了电路的对称性，该思路同样可以推广到全桥和推挽电流源型电路拓扑中解决变压器漏感引起的电压尖峰问题。
电路中L1和L2为大电感且相等，其电流均为输入电流的的一半，即I L1=I L2=0.5I in，可以看作电流为0.5I in的电流源。
变压器漏感L r与辅助支路S a1、S a2和C r构成谐振网络。
主开关管S1和S2为逆阻型IGBT，辅助管S a1和S a2为普通IGBT。
S1和S2为交错相移180o导通；S a1和S a2分别与S1和S2互补导通，并在辅管开通和主管关断之间有一导通交叠时间△t。
分析之前，作如下假设：○1所有开关管和二极管均为理想器件；○2电感L1和L2感值足够大，稳定时其电流基本不变，为0.5I in；○3变压器副原边匝比为K，其等效为理想变压器T 与漏感L r的串联组合。
图3(b)示出了该变换器稳态工作时的主要波形图，图中T表示开关周期，D表示主开关管S1（和S2）的占空比，△t=t1-t0表示S1和S a1（或S2和S a2）的导通交叠时间。
一个开关周期包括12个模态，由于电路的对称性，这里只对前6个模态作详细分析，模态等效电路如图4所示。
模态1[t0 , t1]：t0时刻前，S1和S2开通，S a1和S a2关断，二极管D3、D4、D5和D6均关断，为电感储存能量阶段。
先假设谐振元件状态为i L r=0，v C r=－U o，其大小后面将会解释。
在t0时刻零电流开通S a1，漏感L r和辅助电容C r开始谐振工作。
在此模态中(rrorsin ttKZUi L−=ω)(1)()rorcos ttUv C−−=ω(2)(rroinS1sin2ttKZUIi−−=ω)(3)式中rrr1CLKω=；r2rrCKLZ=；为变压器的副原边匝比。
到t12n:n=K1时刻i S1=0，该模态持续时间()rorin1012sinωUZKIt−=。
(a) 主电路(b) 逆阻型IGBT 波形图3 采用逆阻型IGBT 的ZCS PWM CFHB 变换器模态2[t 1 , t 2]：t 1时刻起S 1零电流关断，漏感L r 和辅助电容C r 谐振工作停止，谐振电流i L r 被限制在电感电流值，i L r =0.5I in 。
电感电流经过主变压器、S a1和D a2对辅助电容充电，二极管D 3、D 4、D 5和D 6关断。
到t 2时刻辅助电容电压为零。
开关管S 1在该阶段承受反压并完成零电流关断。
该阶段持续时间()()in o r in 1r o 122sin cos 2I U Z KI KC U t −=。
模态3[t 2 , t 3]：t 2时刻辅助电容电压为零后继续充电，到t 3时刻辅助电容电压达到U o ，漏感电流i L r 不变。
该模态持续时间in r o 232I KC U t =。
模态4[t 3 , t 4]：t 3时刻起S a1和D a2中电流降为零，二极管D 3和D 6零电压开通，向负载提供能量，该阶段S a1可以零电流关断，辅助电容电压和漏感电流均不变。
模态5[t 4 , t 5]：t 4时刻零电流开通S 1，二极管D 3和D 6继续传输能量。
(4r o in r 21t t KL U I i L −−=) (4)(4ro S1t t KL Ui −=) (5)到t 5时刻漏感的电流i L r 为零，二极管D 3和D 6关断。
该阶段持续时间o r in 452U L KI t =，辅助电容电压仍然维持不变。
模态6[t 5 , t 6]：t 5时刻流过S 1和S 2的电流均为0.5I in ，为电感储能阶段，谐振元件状态为i L r =0，u C r =U o 。
t 6时刻S a2零电流开通，谐振网络又开始工作，辅助电容电压从U o 开始减小，漏感电流开始反向增加，下半个开关周期开始。
由电路拓扑的对称性，下半个开关周期工作原理与上半个开关周期相似，到整个开关周期结束的t 12时刻谐振元件状态为i L r =0，u C r =－U o ，与t 0时刻状态一致，说明了t 0时刻状态假设的正确性。
(a)[t 0 , t 1](b) [t 1 , t 2](c)[t 2 , t 3](d) [t 3 , t 4](e) [t 4 , t 5](f) [t 5 , t 6] 图4开关模态等效图3. 变换器特性分析3.1 主开关管的ZCS 实现从上节的模态分析可以得知，只要保证模态2[t 1 , t 2]的持续时间大于开关管的关断过程时间t off ，就可以实现ZCS ，需满足ro in2KZ U I ≤(6) off o r in 1in ro 122sin cos 2t U Z KI I KC U t ≥⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=− (7)⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛≤Δ≤⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−o r in 1in ro o rin 1r o rin 1r 2sin cos 22sin 12sin 1U Z KI I KC U U Z KI t U Z KI ωω(8)3.2 辅助管的ZCS 实现只要保证主开关管的关断状态持续时间T off =(1-D )T 能大于谐振周期的一半，就可以实现辅助管的ZCS ，即()T D C L K −≤1r r π (9)3.3 整流桥电流占空比丢失由于谐振电容的存在，从图3(b)可以看出整流桥输出电流i rect 相对变压器原边电流有部分丢失，即阴影部分，定义为电流占空比丢失 ()()()TI U Z KI U KC T I U KC TU Z KI T t D in o r in 1o r in o r r o r in 103loss2sin cos 422sin 22−−++==ω(10)4. 主要参数设计原则4.1 谐振参数设计根据式(6)和(7)可以作出在不同的关断时间t off （由具体的IGBT 型号确定）下的谐振阻抗Z r 与谐振频率f r 的关系曲线，如图5所示。