CN111934576B - 一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器 - Google Patents

一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器，本发明的电路利用相位关联法保持了已有技术，实现了主开关管的零电压开通的优点，减少了主开关的开关损耗，此外辅助回路中的辅助开关也通过激磁电感中的储能实现了零电压开通且其耐压值远小于主开关；并在每个开关周期都可靠地实现了磁化电流复位，有效的减小了变压器的体积；变压器副边绕组耦合解决了辅助换流二极管DN1和DN2的过压问题。

Description

一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器
技术领域
本发明涉及电力电子变流技术领域，尤其涉及一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器。
背景技术
电压源型逆变器，本质上是一个全控型开关半桥构成的同步整流型升降压变换器，广泛应用于各种功率等级的应用中，例如：电机驱动器，有源电力滤波器，不间断电源，光伏电源***，燃料电池电源***和分布式电网等。其研究核心是提高效率和功率密度。
在硬开关条件下，通常通过增加开关频率减小无源元件(例如滤波电感器和电容器)的尺寸和重量来提高功率密度，但增加开关频率会导致开关损耗和高频电磁干扰的增加，进而降低逆变器的效率。电路为一个逆变半桥和连在半桥中点的电感；硬开关时，续流模式之后，将要开通的开关管在开通瞬间反并联二极管和输出电容中储存的能量，释放到开关管的沟道中从而产生尖峰电流，开通损耗和高频电磁干扰。克服上述问题一种方法是开关器件技术进步，另一种方法是软开关拓扑技术。
宽禁带半导体例如SiC和GaN相对于传统的Si功率半导体有更快的开通和关断时间,更低的关断损耗和更低的寄生电容；但更快的开关时间会造成更大的高频电磁干扰。另外SiC存在栅极开通和关断条件苛刻，成本高等问题。
软开关拓扑技术可以在高开关频率下降低开关损耗和EMI。软开关拓扑是通过增加辅助电路将开关管的电流和电压的过渡沿去耦的方法来降低开关损耗。在众多软开关逆变器拓扑中，辅助谐振极软开关逆变器由于没有额外增加主回路中开关管的电压和电流应力且辅助回路仅在开关管换流时工作不影响主电路的正常运行而受到普遍认可。
已有技术，见IEEE Transactions on Power Electronics杂志2010年第25卷第4期刊登的“An Improved Zero-Voltage Switching Inverter Using Two CoupledMagnetics in One Resonant Pole”一文，该双耦合电感电路可以实现主开关零电压开通和辅助开关零电流开关并解决了激磁电流不能复位的问题。换流二极管无钳位措施，在谐振电流降至0后会造成换流二极管两端承受电压约为2倍的直流母线电压，且会引起二极管未钳位端电位振荡；已有技术，见IEEE 2013 15th European Conference on PowerElectronics and Applications(EPE)的New topology of three phase soft switchinginverter using a dual auxiliary circuit一文，可以实现主开关零电压开通和辅助开关零电流开关通过断开激磁电流的续流路径从而复位磁化电流。但二极管串联在大电流回路上会增加额外的损耗。上述两种方法一个耦合电感只能实现一个主开关管的零电压开通，因此需要在一个辅助电路中使用两个耦合电感，因此增加了变压器的体积、成本和漏感损耗。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足，提供一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器，实现了主开关和辅助开关的零电压开通；有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。
为实现本发明目的而提供的一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器，包括有第一主开关管S1、第二主开关管S2、第一换流二极管Dc1、第二换流二极管Dc2、第一续流二极管Dx1、第二续流二极管Dx2、直流电源VDC、辅助电源VAUX、负载Load、第一分压电容Cd1、和第二分压电容Cd2、谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、辅助换流变压器原边绕组T1、辅助换流变压器副边第一绕组T2、辅助换流变压器副边第二绕组T3、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4、超前桥臂AC-Lead、滞后桥臂AC-Lag、激磁电感Lm。所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极相连于O点，这两个开关管构成主开关桥臂；第一主开关管S1的漏极、第一换流二极管Dc1的负极、第二续流二极管Dx2的负极与直流电源VDC正极相连；直流电源VDC的负极与第二主开关管S2的源极、第二换流二极管Dc2的正极、第一续流二极管Dx1的正极相连；负载Load的一端与主开关桥臂中点O点相连，另一端与第一分压电容Cd1和第二分压电容Cd2的中点相连；谐振电感Lr1的一端和主开关桥臂的中点O点相连，另一端和辅助换流变压器副边第一绕组T2的异名端相连；辅助换流变压器副边第一绕组T2的同名端和第一换流二极管Dc1的正极、第一续流二极管Dx1的负极相连；谐振电感Lr2的一端和主开关桥臂的中点O点相连，另一端和辅助换流变压器副边第二绕组T3的同名端相连；辅助换流变压器副边第二绕组T3的异名端和第二换流二极管Dc2的负极、第二续流二极管Dx2的正极相连；第一辅助开关管Sa1的源极和第二辅助开关管Sa2的漏极相连于Q点，这两个开关管构成换流辅助电路的超前桥臂AC-Lead；第三辅助开关管Sa3的源极和第四辅助开关管Sa4的漏极相连于R点，这两个开关管构成换流辅助电路的滞后桥臂AC-Lag；第一辅助开关管Sa1的漏极、第三辅助开关管Sa3的漏极与辅助电源VAUX的正极相连，辅助电源VAUX的负极与第二辅助开关管Sa2的源极、第四辅助开关管Sa4的源极相连；辅助换流变压器原边绕组T1的同名端与超前辅助开关桥臂的中点Q点相连，异名端与滞后辅助开关桥臂的中点R点相连；激磁电感Lm并联于辅助换流变压器原边绕组T1两端；辅助换流变压器副边第一绕组T2和第二绕组T3的匝数相同，辅助换流变压器原边绕组T1的匝数与T2或T3的匝数比为1/n，所述第一续流二极管Dx1和第二续流二极管Dx2的作用是在第一换流二极管Dc1和第二换流二极管Dc2反向恢复过程中为反向电流提供续流路径，续流路径分别为T2→Lr1→S2→DX1→T2和T3→DX2→S1→Lr2→T3。。
作为上述方案的进一步改进，当负载电流为正时工作模式及切换时间间隔为：
主开关管S1-S2的体寄生电容与外部并联吸收电容C1-C2取值相同，之后公式中使用Cm_oss表示:Cm_oss＝C1＝C2，辅助开关管Sa1-Sa4的体寄生电容与外部并联吸收电容Ca1-Ca4取值相同，之后公式中使用Ca_oss表示：Ca_oss＝Ca1＝Ca2＝Ca3＝Ca4。iLoad为通过负载load的电流瞬时值，ILoad为通过负载Load的电流的交流有效值，VDC为直流电源电压。
当负载电流为正时工作模式及切换时间间隔为：
电路处于稳定状态，S2、Sa1、Sa3处于导通状态，S1、Sa2、Sa4处于关断状态；续流二极管Dx1、Dx2、开关管的反并联二极管处于关断状态；
t0时刻，关断Sa3；
Sa3关断后延迟DP1,导通Sa4；
Figure GDA0003262366200000021
Sa4导通后延迟DP2,关断S2；
Figure GDA0003262366200000022
S2关断后延迟DP3,关断Sa1；
Figure GDA0003262366200000023
Sa1关断后延迟DP4,导通Sa2；
Figure GDA0003262366200000024
Sa2导通后延迟DP5,导通S1；
Figure GDA0003262366200000025
S1导通后延迟Ton(主回路开关S2的导通时间)，关断S1；
S1关断后延迟DP6，导通S2；
Figure GDA0003262366200000026
在t0时刻即Sa3关断后延迟TSW/2(Tsw为主开关的开关周期)，关断Sa4；
Sa4关断后延迟DP7,导通Sa3；
Figure GDA0003262366200000031
Sa3导通后延迟DP8,关断Sa2；
Figure GDA0003262366200000032
关断Sa2延迟DP9，导通Sa1；
Figure GDA0003262366200000033
当负载电流为负时工作模式及切换时间间隔为：
电路处于稳定状态，S1、Sa1、Sa3处于导通状态，S2、Sa2、Sa4处于关断状态；续流二极管Dx1、Dx2、开关管的反并联二极管处于关断状态；
t0时刻，关断Sa3；
Sa3关断后延迟DN1,导通Sa4；
Figure GDA0003262366200000034
Sa4导通后延迟DN2,关断S1；
Figure GDA0003262366200000035
S1关断后延迟DP3,关断Sa1；
Figure GDA0003262366200000036
Sa1关断后延迟DP4,导通Sa2；
Figure GDA0003262366200000037
Sa2导通后延迟DP5,导通S2；
Figure GDA0003262366200000038
S2导通后延迟Ton(主回路开关S2的导通时间)，关断S2；
S2关断后延迟DP6，导通S1；
Figure GDA0003262366200000039
在t0时刻即Sa3关断后延迟TSW/2(Tsw为主开关的开关周期)，关断Sa4；
Sa4关断后延迟DN7,导通Sa3；
Figure GDA00032623662000000310
Sa3导通后延迟DN8,关断Sa2；
Figure GDA0003262366200000041
关断Sa2延迟DN9，导通Sa1；
Figure GDA0003262366200000042
其中以下参数均为输入量：VAUX为辅助电源电压；T1A_min为Sa4最短ZVS开通时间；T3B为S1(S2)最短开通时间；Ir为换流电流峰值中超过负载电流的部分；V′AUX为变压器副边电压；Lr为换流电感；Lm为激磁电感；
Figure GDA0003262366200000043
为辅助开关换流前的激磁电流值；
Figure GDA0003262366200000044
Figure GDA0003262366200000045
Figure GDA0003262366200000046
Figure GDA0003262366200000047
其中T13_min为忽略换流电流充电前的电流变化后，iLoad＝0时t1-t3的时间间隔；T1A_min为负载电流为0时，Sa4ZVS开通时间T1-A的值；
Figure GDA0003262366200000048
作为上述方案的进一步改进，当输出电流为正时各模式具体描述和间隔时间的计算过程为：
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2处于导通状态；负载电流ILoad通过S2续流；Sa1、Sa3导通，激磁电流iLm通过Sa1、Sa3续流,其值为
Figure GDA0003262366200000049
模式2，t0-t1：t0时刻，关断Sa3；换流电感Lr通过变压器和激磁电感Lm并联后与辅助电容Ca3、Ca4发生谐振，R点电位下降；换流电流
Figure GDA00032623662000000410
从零开始增加；激磁电流
Figure GDA00032623662000000411
向正方向变化；
本模式Sa3两端电压vSa3和原边绕组电流
Figure GDA00032623662000000412
表达式为：
Figure GDA0003262366200000051
Figure GDA0003262366200000052
根据电感电流瞬时值与端电压积分和电流初值的关系，激磁电流
Figure GDA0003262366200000053
和换流电流
Figure GDA0003262366200000054
Figure GDA0003262366200000055
Figure GDA0003262366200000056
其中ωa为谐振角频率：
Figure GDA0003262366200000057
在t1时刻，Sa3两端电压谐振到VAUX，根据本谐振模式的时间为:
Figure GDA0003262366200000058
模式3，t1-t2：t1时刻，R点电位降至0，辅助开关Sa4的反并联二极管Da4自然导通，Sa4达到ZVS换流条件，激磁电感两端电压与电流方向反向，激磁电流大小线性减少；换流电流线性增加；tA时刻，原边绕组电流减少至零，Sa4可在时间段t1-tA之间控制导通为ZVS导通，t1时刻导tA时刻之间的时间段为T1-A；
本模式原边绕组电流为：
Figure GDA0003262366200000059
辅助管Sa4的开通时间为：
Figure GDA00032623662000000510
Sa3关断到Sa4通时间间隔DP1为：
Figure GDA00032623662000000511
换流电流为：
Figure GDA00032623662000000512
其中：V'AUX为变压器副边电压；
t2时刻，换流电流
Figure GDA00032623662000000513
的值增至最大值：
iLr(t2)＝Ir+iLoad (33)
其中：Ir为换流电流
Figure GDA0003262366200000061
中超过负载电流的部分
本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000062
Sa4导通到S2关断时间间隔DP2为：
Figure GDA0003262366200000063
模式4，t2-t3：t2时刻，主开关S2关断，换流电流iLr中超过负载电流的部分Ir对电容C1放电C2充电，O点的电位开始谐振上升；
O点电位vO和换流电流iLr表达式为：
Figure GDA0003262366200000064
Figure GDA0003262366200000065
其中：
Figure GDA0003262366200000066
t3时刻，O点电位上升至VDC-V′AUX；本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000067
其中：
Figure GDA0003262366200000068
S1导通到Sa1关断时间间隔DP3为：
DP3＝T2-3 (41)
模式5，t3-t5：t3时刻，O点电位升至VDC-V′AUX,关断Sa1,激磁电流iLm增至
Figure GDA0003262366200000069
激磁电流
Figure GDA00032623662000000610
对Ca1充电Ca2放电，Q点电位开始近似线性下降；t4时刻，Q点电位降到0，辅助开关Sa2的反并联二极管Da2自然导通；
t3-t4持续时间为：
Figure GDA00032623662000000611
Sa1关断到Sa2导通时间间隔DP4为：
DP4＝T3-4 (43)
模式6，t5-t6：在t5时刻，主开关S1的反并联二极管D1自然导通，S1符合ZVS换流条件；换流电流iLr线性下降，tB时刻，换流电流iLr降至负载电流iLoad；主开关管S1可在时间段t5-tB之间控制导通实现ZVS导通，t5时刻到tB时刻之间的时间段为T5-B；
t5时刻，O点电位上升至VDC；S1换流时间为：
Figure GDA0003262366200000071
S1ZVS开通模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000072
Sa2导通到S1导通时间间隔DP5为：
Figure GDA0003262366200000073
模式7，t6-t8：tB-t6由PWM控制需要确定,t6时刻，关断S1，负载电流iLoad对C1充电，C2放电，O点电位线性下降；t7时刻,O点电位降至0，主开关S2的反并联二极管D2自然导通；S2可在t7之后控制导通；
t6-t7持续时间为：
Figure GDA0003262366200000074
S1关断到S2导通时间间隔DP6为：
DP6＝T6-7 (48)
模式8，t8-t9：t8时刻，关断Sa4，激磁电流
Figure GDA0003262366200000075
对Ca4充电Ca3放电，R点电位开始上升；
R点电位vR和电流
Figure GDA0003262366200000076
表达式为：
Figure GDA0003262366200000077
Figure GDA0003262366200000078
其中：
Figure GDA0003262366200000079
在t9时刻，R点电位谐振至VAUX，本模式持续时间为：
Figure GDA00032623662000000710
模式9，t9-t10：t9时刻，R点电位升至VAUX，辅助开关Sa3的反并联二极管Da3自然导通，Sa3达到ZVS换流条件,tC时刻，激磁电流减少至零；Sa3可在t9时刻到tC时刻之间控制导通，t9时刻到tC时刻之间的时间段为T9-C；
本模式励磁电流为：
Figure GDA0003262366200000081
Sa3的开通时间为：
Figure GDA0003262366200000082
Sa4关断到Sa3导通时间间隔DP7为：
Figure GDA0003262366200000083
t10时刻,励磁电流
Figure GDA0003262366200000084
增至
Figure GDA0003262366200000085
本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000086
Sa3导通到Sa2关断时间间隔DP8为：
Figure GDA0003262366200000087
模式10，t10-t11：t10时刻,关断Sa2；辅助换流变压器激磁电流
Figure GDA0003262366200000088
对Ca2充电Ca1放电，Q点电位近似线性上升；t11时刻，P点电位升至VAUX，辅助开关Sa1的反并联二极管Da1自然导通；在下一个开关周期之前控制导通Sa1；
本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000089
Sa2关断到Sa1导通时间间隔DP9为：
DP9＝T10-11 (59)
当输出电流为负时各模式具体描述和间隔时间的计算过程为：
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1处于导通状态；负载电流ILoad通过S1续流，Sa1、Sa3导通，激磁电流iLm通过Sa1、Sa3续流,其值为
Figure GDA00032623662000000810
模式2，t0-t1：t0时刻，关断Sa3；换流电感Lr通过变压器和激磁电感Lm并联后与辅助电容Ca3、Ca4发生谐振，R点电位下降，换流电流
Figure GDA00032623662000000811
从零开始增加；激磁电流
Figure GDA00032623662000000812
向正方向变化；
本模式Sa3两端电压vSa3和原边绕组电流
Figure GDA00032623662000000813
表达式为：
Figure GDA00032623662000000814
Figure GDA00032623662000000815
根据电感电流瞬时值与端电压积分和电流初值的关系，激磁电流
Figure GDA00032623662000000816
和换流电流
Figure GDA00032623662000000817
Figure GDA0003262366200000091
Figure GDA0003262366200000092
其中ωa为谐振角频率：
Figure GDA0003262366200000093
在t1时刻，Sa3两端电压谐振到VAUX，根据本谐振模式的时间为:
Figure GDA0003262366200000094
模式3，t1-t2：t1时刻，R点电位降至0，辅助开关Sa4的反并联二极管Da4自然导通，Sa4达到ZVS换流条件，激磁电感两端电压与电流方向反向，激磁电流大小线性减少；换流电流线性增加；tA时刻，原边绕组电流减少至零，Sa4可在时间段t1-tA之间控制导通为ZVS导通，，t1时刻到tA时刻之间的时间段为T1-A；
本模式原边绕组电流为：
Figure GDA0003262366200000095
辅助管Sa4的开通时间为：
Figure GDA0003262366200000096
Sa3关断到Sa4导通时间间隔DN1为：；
Figure GDA0003262366200000097
换流电流为：
Figure GDA0003262366200000098
其中：V'为变压器副边电压；
AUX
t2时刻，换流电流
Figure GDA0003262366200000099
的值增至最大值：
iLr(t2)＝Ir+iLoad(70)
其中：Ir为换流电流
Figure GDA00032623662000000910
中超过负载电流的部分
持续时间T1-2为：
Figure GDA0003262366200000101
Sa4导通到S1关断时间间隔DN2为：
Figure GDA0003262366200000102
模式4，t2-t3：t2时刻，主开关S1关断，换流电流iLr中超过负载电流的部分Ir对电容C2放电C1充电，O点的电位开始谐振下降；
O点电位vO和换流电流iLr表达式为：
Figure GDA0003262366200000103
Figure GDA0003262366200000104
其中：
Figure GDA0003262366200000105
t3时刻，O点电位下降至V′AUX；本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000106
其中：
Figure GDA0003262366200000107
S1导通到Sa1关断时间间隔DN3为：
DN3＝T2-3 (78)
模式5，t3-t5：t3时刻，O点电位降至V′AUX,关断Sa1,激磁电流iLm增至
Figure GDA0003262366200000108
激磁电流
Figure GDA0003262366200000109
对Ca1充电Ca2放电，Q点电位开始近似线性下降；t4时刻，Q点电位降到0，辅助开关Sa2的反并联二极管Da2自然导通；
t3-t4持续时间为：
Figure GDA00032623662000001010
Sa1关断到Sa2导通时间间隔DN4为：
DN4＝T3-4 (80)
模式6，t5-t6：在t5时刻，主开关S2的反并联二极管D2自然导通，S2符合ZVS换流条件；换流电流iLr线性下降，tB时刻，换流电流iLr降至负载电流iLoad；主开关管S2可在时间段t5-tB之间控制导通实现ZVS导通，，t5时刻到tB时刻之间的时间段为T5-B；
t5时刻，O点电位上升至VDC；S2换流时间为：
Figure GDA0003262366200000111
S2ZVS开通模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000112
Sa2导通到S1导通时间间隔DN5为：
Figure GDA0003262366200000113
模式7，t6-t8：tB-t6由PWM控制需要确定,t6时刻，关断S2，负载电流iLoad对C2充电，C1放电，O点电位线性上升；t7时刻,O点电位升至VDC，主开关S1的反并联二极管D1自然导通；S1可在t7之后控制导通；
t6-t7持续时间为：
Figure GDA0003262366200000114
S1关断到S2导通时间间隔DN6为：
DN6＝T6-7(85)
模式8，t8-t9：t8时刻，关断Sa4，激磁电流
Figure GDA0003262366200000115
对Ca4充电Ca3放电，R点电位开始上升；
R点电位vR和电流
Figure GDA0003262366200000116
表达式为：
Figure GDA0003262366200000117
Figure GDA0003262366200000118
其中：
Figure GDA0003262366200000119
在t9时刻，R点电位谐振至VAUX，本模式持续时间为：
Figure GDA00032623662000001110
模式9，t9-t10：t9时刻，R点电位升至VAUX，辅助开关Sa3的反并联二极管Da3自然导通，Sa3达到ZVS换流条件,tC时刻，激磁电流减少至零；Sa3可在t9时刻到tC时刻之间控制导通，t9时刻到tC时刻之间的时间段为T9-C；
本模式励磁电流为：
Figure GDA00032623662000001111
Sa3的开通时间为：
Figure GDA0003262366200000121
Sa4关断到Sa3导通时间间隔DN7为：
Figure GDA0003262366200000122
t10时刻,励磁电流
Figure GDA0003262366200000123
增至
Figure GDA0003262366200000124
本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000125
Sa3导通到Sa2关断时间间隔DN8为：
Figure GDA0003262366200000126
模式10，t10-t11：t10时刻,关断Sa2；辅助换流变压器激磁电流
Figure GDA0003262366200000127
对Ca2充电Ca1放电，Q点电位近似线性上升；t11时刻，P点电位升至VAUX，辅助开关Sa1的反并联二极管Da1自然导通；在下一个开关周期之前控制导通Sa1；
本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000128
Sa2关断到Sa1导通时间间隔DN9为：
DN9＝T10-11 (96)
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明的电路利用相位关联法保持了已有技术，实现了主开关管的零电压开通的优点，减少了主开关的开关损耗，此外辅助回路中的辅助开关也通过激磁电感中的储能实现了零电压开通且其耐压值远小于主开关；并在每个开关周期都可靠地实现了磁化电流复位，有效的减小了变压器的体积；变压器副边绕组耦合解决了辅助换流二极管DN1和DN2的过压问题。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1是已有技术的辅助回路使用两个变压器的软开关逆变器电路；
图2是已有技术的辅助回路使用两个变压器的软开关逆变器电路；
图3是本发明的相位关联磁化电流双向复位的辅助谐振换流极逆变器电路；
图4是第一换流二极管DC1反向恢复电流的续流路径；
图5是第二换流二极管DC2反向恢复电流的续流路径；
图6为本发明电路在输出电流为正时，一个PWM开关周期内各模式电路状态图；
图7为本发明电路在输出电流为负时，一个PWM开关周期内各模式电路状态图；
图8是本发明中，一个PWM开关周期内模式2等效电路图；
图9是本发明中，一个PWM开关周期内模式3等效电路图；
图10是本发明中，一个PWM开关周期内模式4等效电路图；
图11是本发明中，一个PWM开关周期内模式8等效电路图；
图12为本发明电路在输出电流为正时，一个PWM开关周期内各个开关管的驱动脉冲信号和主要结点电压和支路电流的波形图；
图13本发明电路在输出电流为负时，一个PWM开关周期内各个开关管的驱动脉冲信号和主要结点电压和电流的波形图。
具体实施方式
本发明提供的一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器，
包括有第一主开关管S1、第二主开关管S2、第一换流二极管Dc1、第二换流二极管Dc2、第一续流二极管Dx1、第二续流二极管Dx2、直流电源VDC、辅助电源VAUX、负载Load、第一分压电容Cd1、和第二分压电容Cd2、谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、辅助换流变压器原边绕组T1、辅助换流变压器副边第一绕组T2、辅助换流变压器副边第二绕组T3、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4、超前桥臂AC-Lead、滞后桥臂AC-Lag、激磁电感Lm。所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极相连于O点，这两个开关管构成主开关桥臂；第一主开关管S1的漏极、第一换流二极管Dc1的负极、第二续流二极管Dx2的负极与直流电源VDC正极相连；直流电源VDC的负极与第二主开关管S2的源极、第二换流二极管Dc2的正极、第一续流二极管Dx1的正极相连；负载Load的一端与主开关桥臂中点O点相连，另一端与第一分压电容Cd1和第二分压电容Cd2的中点相连；谐振电感Lr1的一端和主开关桥臂的中点O点相连，另一端和辅助换流变压器副边第一绕组T2的异名端相连；辅助换流变压器副边第一绕组T2的同名端和第一换流二极管Dc1的正极、第一续流二极管Dx1的负极相连；谐振电感Lr2的一端和主开关桥臂的中点O点相连，另一端和辅助换流变压器副边第二绕组T3的同名端相连；辅助换流变压器副边第二绕组T3的异名端和第二换流二极管Dc2的负极、第二续流二极管Dx2的正极相连；第一辅助开关管Sa1的源极和第二辅助开关管Sa2的漏极相连于Q点，这两个开关管构成换流辅助电路的超前桥臂AC-Lead；第三辅助开关管Sa3的源极和第四辅助开关管Sa4的漏极相连于R点，这两个开关管构成换流辅助电路的滞后桥臂AC-Lag；第一辅助开关管Sa1的漏极、第三辅助开关管Sa3的漏极与辅助电源VAUX的正极相连，辅助电源VAUX的负极与第二辅助开关管Sa2的源极、第四辅助开关管Sa4的源极相连；辅助换流变压器原边绕组T1的同名端与超前辅助开关桥臂的中点Q点相连，异名端与滞后辅助开关桥臂的中点R点相连；激磁电感Lm并联于辅助换流变压器原边绕组T1两端；辅助换流变压器副边第一绕组T2和第二绕组T3的匝数相同，辅助换流变压器原边绕组T1的匝数与T2或T3的匝数比为1/n，所述第一续流二极管Dx1和第二续流二极管Dx2的作用是在第一换流二极管Dc1和第二换流二极管Dc2反向恢复过程中为反向电流提供续流路径，续流路径分别为T2→Lr1→S2→DX1→T2和T3→DX2→S1→Lr2→T3。
作为上述方案的进一步改进，当负载电流为正时工作模式及切换时间间隔为：
主开关管S1-S2的体寄生电容与外部并联吸收电容C1-C2取值相同，之后公式中使用Cm_oss表示:Cm_oss＝C1＝C2，辅助开关管Sa1-Sa4的体寄生电容与外部并联吸收电容Ca1-Ca4取值相同，之后公式中使用Ca_oss表示：Ca_oss＝Ca1＝Ca2＝Ca3＝Ca4。iLoad为通过负载load的电流瞬时值，ILoad为通过负载Load的电流的交流有效值，VDC为直流电源电压。
电路处于稳定状态，S2、Sa1、Sa3处于导通状态，S1、Sa2、Sa4处于关断状态；续流二极管Dx1、Dx2、开关管的反并联二极管处于关断状态；
t0时刻，关断Sa3；
Sa3关断后延迟DP1,导通Sa4；
Figure GDA0003262366200000131
Sa4导通后延迟DP2,关断S2；
Figure GDA0003262366200000132
S2关断后延迟DP3,关断Sa1；
Figure GDA0003262366200000141
Sa1关断后延迟DP4,导通Sa2；
Figure GDA0003262366200000142
Sa2导通后延迟DP5,导通S1；
Figure GDA0003262366200000143
S1导通后延迟Ton(主回路开关S2的导通时间)，关断S1；
S1关断后延迟DP6，导通S2；
Figure GDA0003262366200000144
在t0时刻即Sa3关断后延迟TSW/2(Tsw为主开关的开关周期)，关断Sa4；
Sa4关断后延迟DP7,导通Sa3；
Figure GDA0003262366200000145
Sa3导通后延迟DP8,关断Sa2；
Figure GDA0003262366200000146
关断Sa2延迟DP9，导通Sa1；
Figure GDA0003262366200000147
当负载电流为负时工作模式及切换时间间隔为：
电路处于稳定状态，S1、Sa1、Sa3处于导通状态，S2、Sa2、Sa4处于关断状态；续流二极管Dx1、Dx2、开关管的反并联二极管处于关断状态；
t0时刻，关断Sa3；
Sa3关断后延迟DN1,导通Sa4；
Figure GDA0003262366200000148
Sa4导通后延迟DN2,关断S1；
Figure GDA0003262366200000149
S1关断后延迟DP3,关断Sa1；
Figure GDA00032623662000001410
Sa1关断后延迟DP4,导通Sa2；
Figure GDA0003262366200000151
Sa2导通后延迟DP5,导通S2；
Figure GDA0003262366200000152
S2导通后延迟Ton(主回路开关S2的导通时间)，关断S2；
S2关断后延迟DP6，导通S1；
Figure GDA0003262366200000153
在t0时刻即Sa3关断后延迟TSW/2(Tsw为主开关的开关周期)，关断Sa4；
Sa4关断后延迟DN7,导通Sa3；
Figure GDA0003262366200000154
Sa3导通后延迟DN8,关断Sa2；
Figure GDA0003262366200000155
关断Sa2延迟DN9，导通Sa1；
Figure GDA0003262366200000156
其中以下参数均为输入量：VAUX为辅助电源电压；T1A_min为Sa4最短ZVS开通时间；T3B为S1(S2)最短开通时间；Ir为换流电流峰值中超过负载电流的部分；V′AUX为变压器副边电压；Lr为换流电感；Lm为激磁电感；
Figure GDA0003262366200000157
为辅助开关换流前的激磁电流值；
Figure GDA0003262366200000158
Figure GDA0003262366200000159
Figure GDA00032623662000001510
Figure GDA0003262366200000161
其中T13_min为忽略换流电流充电前的电流变化后，iLoad＝0时t1-t3的时间间隔；T1A_min为负载电流为0时，Sa4ZVS开通时间T1-A的值；
Figure GDA0003262366200000162
作为上述方案的进一步改进，当输出电流为正时各模式具体描述和间隔时间的计算过程为：
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2处于导通状态；负载电流ILoad通过S2续流；Sa1、Sa3导通，激磁电流iLm通过Sa1、Sa3续流,其值为
Figure GDA0003262366200000163
模式2，t0-t1：t0时刻，关断Sa3；换流电感Lr通过变压器和激磁电感Lm并联后与辅助电容Ca3、Ca4发生谐振，R点电位下降；换流电流
Figure GDA0003262366200000164
从零开始增加；激磁电流
Figure GDA0003262366200000165
向正方向变化；
本模式Sa3两端电压vSa3和原边绕组电流
Figure GDA0003262366200000166
表达式为：
Figure GDA0003262366200000167
Figure GDA0003262366200000168
根据电感电流瞬时值与端电压积分和电流初值的关系，激磁电流
Figure GDA0003262366200000169
和换流电流
Figure GDA00032623662000001610
Figure GDA00032623662000001611
Figure GDA00032623662000001612
其中ωa为谐振角频率：
Figure GDA00032623662000001613
在t1时刻，Sa3两端电压谐振到VAUX，根据本谐振模式的时间为:
Figure GDA00032623662000001614
模式3，t1-t2：t1时刻，R点电位降至0，辅助开关Sa4的反并联二极管Da4自然导通，Sa4达到ZVS换流条件，激磁电感两端电压与电流方向反向，激磁电流大小线性减少；换流电流线性增加；tA时刻，原边绕组电流减少至零，Sa4可在时间段t1-tA之间控制导通为ZVS导通，t1时刻导tA时刻之间的时间段为T1-A；
本模式原边绕组电流为：
Figure GDA0003262366200000171
辅助管Sa4的开通时间为：
Figure GDA0003262366200000172
Sa3关断到Sa4通时间间隔DP1为：
Figure GDA0003262366200000173
换流电流为：
Figure GDA0003262366200000174
其中：V'AUX为变压器副边电压；
t2时刻，换流电流
Figure GDA0003262366200000175
的值增至最大值：
iLr(t2)＝Ir+iLoad (129)
其中：Ir为换流电流
Figure GDA0003262366200000176
中超过负载电流的部分
本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000177
Sa4导通到S2关断时间间隔DP2为：
Figure GDA0003262366200000178
模式4，t2-t3：t2时刻，主开关S2关断，换流电流iLr中超过负载电流的部分Ir对电容C1放电C2充电，O点的电位开始谐振上升；
O点电位vO和换流电流iLr表达式为：
Figure GDA0003262366200000179
Figure GDA00032623662000001710
其中：
Figure GDA00032623662000001711
t3时刻，O点电位上升至VDC-V′AUX；本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000181
其中：
Figure GDA0003262366200000182
S1导通到Sa1关断时间间隔DP3为：
DP3＝T2-3 (137)
模式5，t3-t5：t3时刻，O点电位升至VDC-V′AUX,关断Sa1,激磁电流iLm增至
Figure GDA0003262366200000183
激磁电流
Figure GDA0003262366200000184
对Ca1充电Ca2放电，Q点电位开始近似线性下降；t4时刻，Q点电位降到0，辅助开关Sa2的反并联二极管Da2自然导通；
t3-t4持续时间为：
Figure GDA0003262366200000185
Sa1关断到Sa2导通时间间隔DP4为：
DP4＝T3-4 (139)
模式6，t5-t6：在t5时刻，主开关S1的反并联二极管D1自然导通，S1符合ZVS换流条件；换流电流iLr线性下降，tB时刻，换流电流iLr降至负载电流iLoad；主开关管S1可在时间段t5-tB之间控制导通实现ZVS导通，t5时刻到tB时刻之间的时间段为T5-B；
t5时刻，O点电位上升至VDC；S1换流时间为：
Figure GDA0003262366200000186
S1ZVS开通模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000187
Sa2导通到S1导通时间间隔DP5为：
Figure GDA0003262366200000188
模式7，t6-t8：tB-t6由PWM控制需要确定,t6时刻，关断S1，负载电流iLoad对C1充电，C2放电，O点电位线性下降；t7时刻,O点电位降至0，主开关S2的反并联二极管D2自然导通；S2可在t7之后控制导通；
t6-t7持续时间为：
Figure GDA0003262366200000189
S1关断到S2导通时间间隔DP6为：
DP6＝T6-7 (144)
模式8，t8-t9：t8时刻，关断Sa4，激磁电流
Figure GDA00032623662000001810
对Ca4充电Ca3放电，R点电位开始上升；
R点电位vR和电流
Figure GDA00032623662000001811
表达式为：
Figure GDA0003262366200000191
Figure GDA0003262366200000192
其中：
Figure GDA0003262366200000193
在t9时刻，R点电位谐振至VAUX，本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000194
模式9，t9-t10：t9时刻，R点电位升至VAUX，辅助开关Sa3的反并联二极管Da3自然导通，Sa3达到ZVS换流条件,tC时刻，激磁电流减少至零；Sa3可在t9时刻到tC时刻之间控制导通，t9时刻到tC时刻之间的时间段为T9-C；
本模式励磁电流为：
Figure GDA0003262366200000195
Sa3的开通时间为：
Figure GDA0003262366200000196
Sa4关断到Sa3导通时间间隔DP7为：
Figure GDA0003262366200000197
t10时刻,励磁电流
Figure GDA0003262366200000198
增至
Figure GDA0003262366200000199
本模式持续时间为：
Figure GDA00032623662000001910
Sa3导通到Sa2关断时间间隔DP8为：
Figure GDA00032623662000001911
模式10，t10-t11：t10时刻,关断Sa2；辅助换流变压器激磁电流
Figure GDA00032623662000001912
对Ca2充电Ca1放电，Q点电位近似线性上升；t11时刻，P点电位升至VAUX，辅助开关Sa1的反并联二极管Da1自然导通；在下一个开关周期之前控制导通Sa1；
本模式持续时间为：
Figure GDA00032623662000001913
Sa2关断到Sa1导通时间间隔DP9为：
DP9＝T10-11 (155)
当输出电流为负时各模式具体描述和间隔时间的计算过程为：
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1处于导通状态；负载电流ILoad通过S1续流，Sa1、Sa3导通，激磁电流iLm通过Sa1、Sa3续流,其值为
Figure GDA0003262366200000201
模式2，t0-t1：t0时刻，关断Sa3；换流电感Lr通过变压器和激磁电感Lm并联后与辅助电容Ca3、Ca4发生谐振，R点电位下降，换流电流
Figure GDA0003262366200000202
从零开始增加；激磁电流
Figure GDA0003262366200000203
向正方向变化；
本模式Sa3两端电压vSa3和原边绕组电流
Figure GDA0003262366200000204
表达式为：
Figure GDA0003262366200000205
Figure GDA0003262366200000206
根据电感电流瞬时值与端电压积分和电流初值的关系，激磁电流
Figure GDA0003262366200000207
和换流电流
Figure GDA0003262366200000208
Figure GDA0003262366200000209
Figure GDA00032623662000002010
其中ωa为谐振角频率：
Figure GDA00032623662000002011
在t1时刻，Sa3两端电压谐振到VAUX，根据本谐振模式的时间为:
Figure GDA00032623662000002012
模式3，t1-t2：t1时刻，R点电位降至0，辅助开关Sa4的反并联二极管Da4自然导通，Sa4达到ZVS换流条件，激磁电感两端电压与电流方向反向，激磁电流大小线性减少；换流电流线性增加；tA时刻，原边绕组电流减少至零，Sa4可在时间段t1-tA之间控制导通为ZVS导通，，t1时刻到tA时刻之间的时间段为T1-A；
本模式原边绕组电流为：
Figure GDA00032623662000002013
辅助管Sa4的开通时间为：
Figure GDA00032623662000002014
Sa3关断到Sa4导通时间间隔DN1为：；
Figure GDA0003262366200000211
换流电流为：
Figure GDA0003262366200000212
其中：V'AUX为变压器副边电压；
t2时刻，换流电流
Figure GDA0003262366200000213
的值增至最大值：
iLr(t2)＝Ir+iLoad (166)
其中：Ir为换流电流
Figure GDA0003262366200000214
中超过负载电流的部分
持续时间T1-2为：
Figure GDA0003262366200000215
Sa4导通到S1关断时间间隔DN2为：
Figure GDA0003262366200000216
模式4，t2-t3：t2时刻，主开关S1关断，换流电流iLr中超过负载电流的部分Ir对电容C2放电C1充电，O点的电位开始谐振下降；
O点电位vO和换流电流iLr表达式为：
Figure GDA0003262366200000217
Figure GDA0003262366200000218
其中：
Figure GDA0003262366200000219
t3时刻，O点电位下降至V′AUX；本模式持续时间为：
Figure GDA00032623662000002110
其中：
Figure GDA00032623662000002111
S1导通到Sa1关断时间间隔DN3为：
DN3＝T2-3 (174)
模式5，t3-t5：t3时刻，O点电位降至V′AUX,关断Sa1,激磁电流iLm增至
Figure GDA0003262366200000221
激磁电流
Figure GDA0003262366200000222
对Ca1充电Ca2放电，Q点电位开始近似线性下降；t4时刻，Q点电位降到0，辅助开关Sa2的反并联二极管Da2自然导通；
t3-t4持续时间为：
Figure GDA0003262366200000223
Sa1关断到Sa2导通时间间隔DN4为：
DN4＝T3-4 (176)
模式6，t5-t6：在t5时刻，主开关S2的反并联二极管D2自然导通，S2符合ZVS换流条件；换流电流iLr线性下降，tB时刻，换流电流iLr降至负载电流iLoad；主开关管S2可在时间段t5-tB之间控制导通实现ZVS导通，，t5时刻到tB时刻之间的时间段为T5-B；
t5时刻，O点电位上升至VDC；S2换流时间为：
Figure GDA0003262366200000224
S2ZVS开通模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000225
Sa2导通到S1导通时间间隔DN5为：
Figure GDA0003262366200000226
模式7，t6-t8：tB-t6由PWM控制需要确定,t6时刻，关断S2，负载电流iLoad对C2充电，C1放电，O点电位线性上升；t7时刻,O点电位升至VDC，主开关S1的反并联二极管D1自然导通；S1可在t7之后控制导通；
t6-t7持续时间为：
Figure GDA0003262366200000227
S1关断到S2导通时间间隔DN6为：
DN6＝T6-7 (181)
模式8，t8-t9：t8时刻，关断Sa4，激磁电流
Figure GDA0003262366200000228
对Ca4充电Ca3放电，R点电位开始上升；
R点电位vR和电流
Figure GDA0003262366200000229
表达式为：
Figure GDA00032623662000002210
Figure GDA00032623662000002211
其中：
Figure GDA00032623662000002212
在t9时刻，R点电位谐振至VAUX，本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000231
模式9，t9-t10：t9时刻，R点电位升至VAUX，辅助开关Sa3的反并联二极管Da3自然导通，Sa3达到ZVS换流条件,tC时刻，激磁电流减少至零；Sa3可在t9时刻到tC时刻之间控制导通，t9时刻到tC时刻之间的时间段为T9-C；
本模式励磁电流为：
Figure GDA0003262366200000232
Sa3的开通时间为：
Figure GDA0003262366200000233
Sa4关断到Sa3导通时间间隔DN7为：
Figure GDA0003262366200000234
t10时刻,励磁电流
Figure GDA0003262366200000235
增至
Figure GDA0003262366200000236
本模式持续时间为：
Figure GDA0003262366200000237
Sa3导通到Sa2关断时间间隔DN8为：
Figure GDA0003262366200000238
模式10，t10-t11：t10时刻,关断Sa2；辅助换流变压器激磁电流
Figure GDA0003262366200000239
对Ca2充电Ca1放电，Q点电位近似线性上升；t11时刻，P点电位升至VAUX，辅助开关Sa1的反并联二极管Da1自然导通；在下一个开关周期之前控制导通Sa1；
本模式持续时间为：
Figure GDA00032623662000002310
Sa2关断到Sa1导通时间间隔DN9为：
DN9＝T10-11 (192)
辅助换流变压器TX由一个原边绕组T1(绕组匝数为N1)，两个副边绕组T2、T3(绕组匝数为N2、N3)的理想变压器(其匝比n＝N2/N1＝N3/N1)和励磁电感Lm组成。以下分别对输出电流为正和为负两种情况进行分析。由于负载电感足够大，所以认为在一个PWM开关周期内负载电流恒定不变。
输入参数如下表所示：
Figure GDA00032623662000002311
Figure GDA0003262366200000241
根据输入参数的约束计算出的电感和变压器具体值如下：
换流电感(L<sub>r</sub>) 4.21uH
激磁电感(L<sub>m</sub>) 954nH
变压器副边电压(V′<sub>AUX</sub>) 60V
各持续时间和
Figure GDA0003262366200000242
与负载电流的关系如下：
Figure GDA0003262366200000243
Figure GDA0003262366200000244
Figure GDA0003262366200000245
DP3＝DN3＝T2-3＝23.5ns (196)
Figure GDA0003262366200000246
Figure GDA0003262366200000247
Figure GDA0003262366200000248
Figure GDA0003262366200000249
Figure GDA00032623662000002410
Figure GDA00032623662000002411
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器，其特征在于：包括有第一主开关管S1、第二主开关管S2、第一换流二极管Dc1、第二换流二极管Dc2、第一续流二极管Dx1、第二续流二极管Dx2、直流电源VDC、辅助电源VAUX、负载Load、第一分压电容Cd1、和第二分压电容Cd2、谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、辅助换流变压器原边绕组T1、辅助换流变压器副边第一绕组T2、辅助换流变压器副边第二绕组T3、第一辅助开关管Sa1、第二辅助开关管Sa2、第三辅助开关管Sa3、第四辅助开关管Sa4、超前桥臂AC-Lead、滞后桥臂AC-Lag、激磁电感Lm，所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极相连于O点，这两个开关管构成主开关桥臂；第一主开关管S1的漏极、第一换流二极管Dc1的负极、第二续流二极管Dx2的负极与直流电源VDC正极相连；直流电源VDC的负极与第二主开关管S2的源极、第二换流二极管Dc2的正极、第一续流二极管Dx1的正极相连；负载Load的一端与主开关桥臂中点O点相连，另一端与第一分压电容Cd1和第二分压电容Cd2的中点相连；谐振电感Lr1的一端和主开关桥臂的中点O点相连，另一端和辅助换流变压器副边第一绕组T2的异名端相连；辅助换流变压器副边第一绕组T2的同名端和第一换流二极管Dc1的正极、第一续流二极管Dx1的负极相连；谐振电感Lr2的一端和主开关桥臂的中点O点相连，另一端和辅助换流变压器副边第二绕组T3的同名端相连；辅助换流变压器副边第二绕组T3的异名端和第二换流二极管Dc2的负极、第二续流二极管Dx2的正极相连；第一辅助开关管Sa1的源极和第二辅助开关管Sa2的漏极相连于Q点，这两个开关管构成换流辅助电路的超前桥臂AC-Lead；第三辅助开关管Sa3的源极和第四辅助开关管Sa4的漏极相连于R点，这两个开关管构成换流辅助电路的滞后桥臂AC-Lag；第一辅助开关管Sa1的漏极、第三辅助开关管Sa3的漏极与辅助电源VAUX的正极相连，辅助电源VAUX的负极与第二辅助开关管Sa2的源极、第四辅助开关管Sa4的源极相连；辅助换流变压器原边绕组T1的同名端与超前辅助开关桥臂的中点Q点相连，异名端与滞后辅助开关桥臂的中点R点相连；激磁电感Lm并联于辅助换流变压器原边绕组T1两端；辅助换流变压器副边第一绕组T2和第二绕组T3的匝数相同，辅助换流变压器原边绕组T1的匝数与T2或T3的匝数比为1/n，所述第一续流二极管Dx1和第二续流二极管Dx2的作用是在第一换流二极管Dc1和第二换流二极管Dc2反向恢复过程中为反向电流提供续流路径，续流路径分别为T2→Lr1→S2→DX1→T2和T3→DX2→S1→Lr2→T3。
2.根据权利要求1所述的一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器，其特征在于：
主开关管S1-S2的体寄生电容与外部并联吸收电容C1-C2取值相同，之后公式中使用Cm_oss表示:Cm_oss＝C1＝C2，辅助开关管Sa1-Sa4的体寄生电容与外部并联吸收电容Ca1-Ca4取值相同，之后公式中使用Ca_oss表示：Ca_oss＝Ca1＝Ca2＝Ca3＝Ca4，iLoad为通过负载load的电流瞬时值，ILoad为通过负载Load的电流的交流有效值，VDC为直流电源电压，
当负载电流为正时工作模式及切换时间间隔为：
电路处于稳定状态，S2、Sa1、Sa3处于导通状态，S1、Sa2、Sa4处于关断状态；续流二极管Dx1、Dx2、开关管的反并联二极管处于关断状态；
t0时刻，关断Sa3；
Sa3关断后延迟DP1,导通Sa4；
Figure FDA0003262366190000011
Sa4导通后延迟DP2,关断S2；
Figure FDA0003262366190000012
S2关断后延迟DP3,关断Sa1；
Figure FDA0003262366190000021
Sa1关断后延迟DP4,导通Sa2；
Figure FDA0003262366190000022
Sa2导通后延迟DP5,导通S1；
Figure FDA0003262366190000023
S1导通后延迟Ton，关断S1，其中Ton 为 主回路开关S2 的导通时间；
S1关断后延迟DP6，导通S2；
Figure FDA0003262366190000024
在t0时刻即Sa3关断后延迟TSW/2，关断Sa4，其中Tsw 为主开关的开关周期；
Sa4关断后延迟DP7,导通Sa3；
Figure FDA0003262366190000025
Sa3导通后延迟DP8,关断Sa2；
Figure FDA0003262366190000026
关断Sa2延迟DP9，导通Sa1；
Figure FDA0003262366190000027
当负载电流为负时工作模式及切换时间间隔为：
电路处于稳定状态，S1、Sa1、Sa3处于导通状态，S2、Sa2、Sa4处于关断状态；续流二极管Dx1、Dx2、开关管的反并联二极管处于关断状态；
t0时刻，关断Sa3；
Sa3关断后延迟DN1,导通Sa4；
Figure FDA0003262366190000028
Sa4导通后延迟DN2,关断S1；
Figure FDA0003262366190000029
S1关断后延迟DP3,关断Sa1；
Figure FDA00032623661900000210
Sa1关断后延迟DP4,导通Sa2；
Figure FDA0003262366190000031
Sa2导通后延迟DP5,导通S2；
Figure FDA0003262366190000032
S2导通后延迟Ton，关断S2，其中Ton 为主回路开关S2 的导通时间；
S2关断后延迟DP6，导通S1；
Figure FDA0003262366190000033
在t0时刻即Sa3关断后延迟TSW/2，关断Sa4，其中Tsw 为主开关的开关周期；
Sa4关断后延迟DN7,导通Sa3；
Figure FDA0003262366190000034
Sa3导通后延迟DN8,关断Sa2；
Figure FDA0003262366190000035
关断Sa2延迟DN9，导通Sa1；
Figure FDA0003262366190000036
其中以下参数均为输入量：VAUX为辅助电源电压；T1A_min为Sa4最短ZVS开通时间；T3B为S1(S2)最短开通时间；Ir为换流电流峰值中超过负载电流的部分；V′AUX为变压器副边电压；Lr为换流电感；Lm为激磁电感；
Figure FDA0003262366190000037
为辅助开关换流前的激磁电流值；
Figure FDA0003262366190000038
Figure FDA0003262366190000039
Figure FDA00032623661900000310
Figure FDA0003262366190000041
其中T13_min为忽略换流电流充电前的电流变化后，iLoad＝0时t1-t3的时间间隔；T1A_min为负载电流为0时，Sa4 ZVS开通时间T1-A的值；
Figure FDA0003262366190000042
3.根据权利要求2所述的一种相位关联磁化电流对称复位的辅助谐振换流极逆变器，其特征在于：
当输出电流为正时各模式具体描述和间隔时间的计算过程为：
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2处于导通状态；负载电流ILoad通过S2续流；Sa1、Sa3导通，激磁电流iLm通过Sa1、Sa3续流,其值为
Figure FDA0003262366190000043
模式2，t0-t1：t0时刻，关断Sa3；换流电感Lr通过变压器和激磁电感Lm并联后与辅助电容Ca3、Ca4发生谐振，R点电位下降；换流电流
Figure FDA0003262366190000044
从零开始增加；激磁电流
Figure FDA0003262366190000045
向正方向变化；
本模式Sa3两端电压vSa3和原边绕组电流
Figure FDA0003262366190000046
表达式为：
Figure FDA0003262366190000047
Figure FDA0003262366190000048
根据电感电流瞬时值与端电压积分和电流初值的关系，激磁电流
Figure FDA0003262366190000049
和换流电流
Figure FDA00032623661900000410
Figure FDA00032623661900000411
Figure FDA00032623661900000412
其中ωa为谐振角频率：
Figure FDA00032623661900000413
在t1时刻，Sa3两端电压谐振到VAUX，根据本谐振模式的时间为:
Figure FDA00032623661900000414
模式3，t1-t2：t1时刻，R点电位降至0，辅助开关Sa4的反并联二极管Da4自然导通，Sa4达到ZVS换流条件，激磁电感两端电压与电流方向反向，激磁电流大小线性减少；换流电流线性增加；tA时刻，原边绕组电流减少至零，Sa4可在时间段t1-tA之间控制导通为ZVS导通，t1时刻导tA时刻之间的时间段为T1-A；
本模式原边绕组电流为：
Figure FDA0003262366190000051
辅助管Sa4的开通时间为：
Figure FDA0003262366190000052
Sa3关断到Sa4通时间间隔DP1为：
Figure FDA0003262366190000053
换流电流为：
Figure FDA0003262366190000054
其中：V'AUX为变压器副边电压；
t2时刻，换流电流
Figure FDA0003262366190000055
的值增至最大值：
iLr(t2)＝Ir+iLoad (33)
其中：Ir为换流电流
Figure FDA0003262366190000056
中超过负载电流的部分
本模式持续时间为：
Figure FDA0003262366190000057
Sa4导通到S2关断时间间隔DP2为：
Figure FDA0003262366190000058
模式4，t2-t3：t2时刻，主开关S2关断，换流电流iLr中超过负载电流的部分Ir对电容C1放电C2充电，O点的电位开始谐振上升；
O点电位vO和换流电流iLr表达式为：
Figure FDA0003262366190000059
Figure FDA00032623661900000510
其中：
Figure FDA00032623661900000511
t3时刻，O点电位上升至VDC-V′AUX；本模式持续时间为：
Figure FDA0003262366190000061
其中：
Figure FDA0003262366190000062
S1导通到Sa1关断时间间隔DP3为：
DP3＝T2-3 (46)
模式5，t3-t5：t3时刻，O点电位升至VDC-V′AUX,关断Sa1,激磁电流iLm增至
Figure FDA0003262366190000063
激磁电流
Figure FDA0003262366190000064
对Ca1充电Ca2放电，Q点电位开始近似线性下降；t4时刻，Q点电位降到0，辅助开关Sa2的反并联二极管Da2自然导通；
t3-t4持续时间为：
Figure FDA0003262366190000065
Sa1关断到Sa2导通时间间隔DP4为：
DP4＝T3-4 (42)
模式6，t5-t6：在t5时刻，主开关S1的反并联二极管D1自然导通，S1符合ZVS换流条件；换流电流iLr线性下降，tB时刻，换流电流iLr降至负载电流iLoad；主开关管S1可在时间段t5-tB之间控制导通实现ZVS导通，t5时刻到tB时刻之间的时间段为T5-B；
t5时刻，O点电位上升至VDC；S1换流时间为：
Figure FDA0003262366190000066
S1 ZVS开通模式持续时间为：
Figure FDA0003262366190000067
Sa2导通到S1导通时间间隔DP5为：
Figure FDA0003262366190000068
模式7，t6-t8：tB-t6由PWM控制需要确定,t6时刻，关断S1，负载电流iLoad对C1充电，C2放电，O点电位线性下降；t7时刻,O点电位降至0，主开关S2的反并联二极管D2自然导通；S2可在t7之后控制导通；
t6-t7持续时间为：
Figure FDA0003262366190000069
S1关断到S2导通时间间隔DP6为：
DP6＝T6-7 (48)
模式8，t8-t9：t8时刻，关断Sa4，激磁电流
Figure FDA00032623661900000610
对Ca4充电Ca3放电，R点电位开始上升；
R点电位vR和电流
Figure FDA00032623661900000611
表达式为：
Figure FDA0003262366190000071
Figure FDA0003262366190000072
其中：
Figure FDA0003262366190000073
在t9时刻，R点电位谐振至VAUX，本模式持续时间为：
Figure FDA0003262366190000074
模式9，t9-t10：t9时刻，R点电位升至VAUX，辅助开关Sa3的反并联二极管Da3自然导通，Sa3达到ZVS换流条件,tC时刻，激磁电流减少至零；Sa3可在t9时刻到tC时刻之间控制导通，t9时刻到tC时刻之间的时间段为T9-C；
本模式励磁电流为：
Figure FDA0003262366190000075
Sa3的开通时间为：
Figure FDA0003262366190000076
Sa4关断到Sa3导通时间间隔DP7为：
Figure FDA0003262366190000077
t10时刻,励磁电流
Figure FDA0003262366190000078
增至
Figure FDA0003262366190000079
本模式持续时间为：
Figure FDA00032623661900000710
Sa3导通到Sa2关断时间间隔DP8为：
Figure FDA00032623661900000711
模式10，t10-t11：t10时刻,关断Sa2；辅助换流变压器激磁电流
Figure FDA00032623661900000712
对Ca2充电Ca1放电，Q点电位近似线性上升；t11时刻，P点电位升至VAUX，辅助开关Sa1的反并联二极管Da1自然导通；在下一个开关周期之前控制导通Sa1；
本模式持续时间为：
Figure FDA00032623661900000713
Sa2关断到Sa1导通时间间隔DP9为：
DP9＝T10-11 (59)
当输出电流为负时各模式具体描述和间隔时间的计算过程为：
模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S1处于导通状态；负载电流ILoad通过S1续流，Sa1、Sa3导通，激磁电流iLm通过Sa1、Sa3续流,其值为
Figure FDA0003262366190000081
模式2，t0-t1：t0时刻，关断Sa3；换流电感Lr通过变压器和激磁电感Lm并联后与辅助电容Ca3、Ca4发生谐振，R点电位下降，换流电流
Figure FDA0003262366190000082
从零开始增加；激磁电流
Figure FDA0003262366190000083
向正方向变化；
本模式Sa3两端电压vSa3和原边绕组电流
Figure FDA0003262366190000084
表达式为：
Figure FDA0003262366190000085
Figure FDA0003262366190000086
根据电感电流瞬时值与端电压积分和电流初值的关系，激磁电流
Figure FDA0003262366190000087
和换流电流
Figure FDA0003262366190000088
Figure FDA0003262366190000089
Figure FDA00032623661900000810
其中ωa为谐振角频率：
Figure FDA00032623661900000811
在t1时刻，Sa3两端电压谐振到VAUX，根据本谐振模式的时间为:
Figure FDA00032623661900000812
模式3，t1-t2：t1时刻，R点电位降至0，辅助开关Sa4的反并联二极管Da4自然导通，Sa4达到ZVS换流条件，激磁电感两端电压与电流方向反向，激磁电流大小线性减少；换流电流线性增加；tA时刻，原边绕组电流减少至零，Sa4可在时间段t1-tA之间控制导通为ZVS导通，t1时刻到tA时刻之间的时间段为T1-A；
本模式原边绕组电流为：
Figure FDA00032623661900000813
辅助管Sa4的开通时间为：
Figure FDA00032623661900000814
Sa3关断到Sa4导通时间间隔DN1为；
Figure FDA0003262366190000091
换流电流为：
Figure FDA0003262366190000092
其中：V'AUX为变压器副边电压；
t2时刻，换流电流
Figure FDA0003262366190000093
的值增至最大值：
iLr(t2)＝Ir+iLoad (70)
其中：Ir为换流电流
Figure FDA0003262366190000094
中超过负载电流的部分
持续时间T1-2为：
Figure FDA0003262366190000095
Sa4导通到S1关断时间间隔DN2为：
Figure FDA0003262366190000096
模式4，t2-t3：t2时刻，主开关S1关断，换流电流iLr中超过负载电流的部分Ir对电容C2放电C1充电，O点的电位开始谐振下降；
O点电位vO和换流电流iLr表达式为：
Figure FDA0003262366190000097
Figure FDA0003262366190000098
其中：
Figure FDA0003262366190000099
t3时刻，O点电位下降至V′AUX；本模式持续时间为：
Figure FDA00032623661900000910
其中：
Figure FDA00032623661900000911
S1导通到Sa1关断时间间隔DN3为：
DN3＝T2-3 (78)
模式5，t3-t5：t3时刻，O点电位降至V′AUX,关断Sa1,激磁电流iLm增至
Figure FDA0003262366190000101
激磁电流
Figure FDA0003262366190000102
对Ca1充电Ca2放电，Q点电位开始近似线性下降；t4时刻，Q点电位降到0，辅助开关Sa2的反并联二极管Da2自然导通；
t3-t4持续时间为：
Figure FDA0003262366190000103
Sa1关断到Sa2导通时间间隔DN4为：
DN4＝T3-4 (80)
模式6，t5-t6：在t5时刻，主开关S2的反并联二极管D2自然导通，S2符合ZVS换流条件；换流电流iLr线性下降，tB时刻，换流电流iLr降至负载电流iLoad；主开关管S2可在时间段t5-tB之间控制导通实现ZVS导通，t5时刻到tB时刻之间的时间段为T5-B；
t5时刻，O点电位上升至VDC；S2换流时间为：
Figure FDA0003262366190000104
S2ZVS开通模式持续时间为：
Figure FDA0003262366190000105
Sa2导通到S1导通时间间隔DN5为：
Figure FDA0003262366190000106
模式7，t6-t8：tB-t6由PWM控制需要确定,t6时刻，关断S2，负载电流iLoad对C2充电，C1放电，O点电位线性上升；t7时刻,O点电位升至VDC，主开关S1的反并联二极管D1自然导通；S1可在t7之后控制导通；
t6-t7持续时间为：
Figure FDA0003262366190000107
S1关断到S2导通时间间隔DN6为：
DN6＝T6-7 (85)
模式8，t8-t9：t8时刻，关断Sa4，激磁电流
Figure FDA0003262366190000108
对Ca4充电Ca3放电，R点电位开始上升；
R点电位vR和电流
Figure FDA0003262366190000109
表达式为：
Figure FDA00032623661900001010
Figure FDA00032623661900001011
其中：
Figure FDA00032623661900001012
在t9时刻，R点电位谐振至VAUX，本模式持续时间为：
Figure FDA0003262366190000111
模式9，t9-t10：t9时刻，R点电位升至VAUX，辅助开关Sa3的反并联二极管Da3自然导通，Sa3达到ZVS换流条件,tC时刻，激磁电流减少至零；Sa3可在t9时刻到tC时刻之间控制导通，t9时刻到tC时刻之间的时间段为T9-C；
本模式励磁电流为：
Figure FDA0003262366190000112
Sa3的开通时间为：
Figure FDA0003262366190000113
Sa4关断到Sa3导通时间间隔DN7为：
Figure FDA0003262366190000114
t10时刻,励磁电流
Figure FDA0003262366190000115
增至
Figure FDA0003262366190000116
本模式持续时间为：
Figure FDA0003262366190000117
Sa3导通到Sa2关断时间间隔DN8为：
Figure FDA0003262366190000118
模式10，t10-t11：t10时刻,关断Sa2；辅助换流变压器激磁电流
Figure FDA0003262366190000119
对Ca2充电Ca1放电，Q点电位近似线性上升；t11时刻，P点电位升至VAUX，辅助开关Sa1的反并联二极管Da1自然导通；在下一个开关周期之前控制导通Sa1；
本模式持续时间为：
Figure FDA00032623661900001110
Sa2关断到Sa1导通时间间隔DN9为：
DN9＝T10-11 (96)。
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