一种新型软开关SRM功率电路及其控制时序

    孟润泉，王振民，卜庆华

(太原理工大学电气与动力工程学院，太原030024)

摘要：为了消除或降低功率变换器中电力电子器件的开关损耗，抑制开关过程带来的电磁干

扰，提出一种软开关型开关磁阻电机(SRM)功率变换器主电路。电路采用并联型准谐振直流

环节为SlIM相开关开通提供零电压条件，给相开关并联电容器则保证了相开关的零电压关断。在介绍主电路拓扑基础上，分析了电路的控制时序及工作模式转换，并通过仿真验证了控制时序的正确性和电路的软开关性能。

关键词：软开关；开关磁阻电机；功率变换器；控制时序

0引  言

    由于开关器件的开关特性不理想，开关过程会产生损耗。开关损耗不仅会降低系统整体效率，导致器件发热、寿命缩短甚至烧毁，是造成开关磁阻电机驱动系统(SRD)故障的主要原因。另外为了提高SRD系统的词速性能，须通过提高变换器中功率器件的开关频率达到对绕组电流更精准的控制，但开关损耗会随开关频率的提高而线性增大^[1-2]，带来的电磁干扰(EMI)也愈加严重。为此，本文将一种并联准谐振直流环节电路(PQRDCL)引入到SRM功率电路的设计中^[3]，以期借助软开关技术降低器件的开关损耗和开关过程中器件所承受的电应力，抑制开关过程产生的EMI，以进一步提高SRD系统的可靠性，调速性能和整机效率，并为向高速和大容量方面发展奠定基础。

1  电路结构与软开关原理

1．1电路结构

    图1所示为新型软开关SRM功率变换器的等效电路，由电源、SRM相绕组驱动电路及介于两者之间的零电压直流环节电路三部分组成。电源由三相桥式整流、电容滤波后供出。SRM相绕组驱动电路采用一种主开关器件最少型拓扑结构。其中L_a,L_b,L_c,L_d分别为SRM的四相绕组，T₁～T₄是作为相开关的电力电子器件，分别给它们并联了电容c₁～c₄，因电容电压不能突变，所以能保证T1～T4在任何时刻关断均为零电压软关断。D₁～D₄分别为各相绕组的续流二极管。零电压直流环节电路采用并联型准谐振直流环节，由谐振电容CT、谐振电感L_r、辅助开关管T_s、T_p1,T_p2及二极管D_s，D_p1,D_p2构成。PQRDcL具有起振、停振控制容易、电感功耗相对较小等优点。

1．2软开关原理

    相绕组驱动电路中上臂两管T₁、T₂分别由各自的换相逻辑信号和PwM信号相与后控制，而下臂的T₃、T₄仅由换相逻辑控制。功率电路的工作可分为某相绕组电流的斩波和换相两个过程。

    绕组电流斩渡过程中电路有两种状态，以a相绕组为例：①T₁、T₃均开通，L_a通电；②T₁关断，T₃保持通态，L_a中电流经D₁、T₃续流。当电路从状态①向状态②转移时，并联的电容c₁保证了V₁零电压软关断；从状态②向状态①转移时，D₁正处于导通状态，PN两极电压近似相等，从而使T，集电极与发射极间电压近似等于母线电压，若此时由PQRDcL谐振给母线电压产生零电压间隙，则可实现T₁的零电压开通。

    在换相过程中，因待开通相的电流为零，又于PQRDcL产生谐振槽，迫使母线电压为零并将相开关所并电容中的能量释放，而绕组电感电流又不能突变，所以待开通相的开关动作属零电压兼零电流软开通。

2谐振控制时序及工作模式分析

    以a相绕组电流斩波过程为例分析电路的控制时序和工作模式。斩渡过程中T₃一直开通，T₁在PwM信号控制下不停地通断以调节L_a中的电流i_a，与此同时，辅助开关管Ts、T_p1、T_p2受控按照一定时序动作，协助c_r、L_r完成谐振，给T₁软开通创造零电压条件。若将T₁从一次关断到下一次关断定义为一个斩波周期，图2所示为一个斩波周期的控制

时序及准谐振波形。图中，u_g1为T₁触发信号，u_gs为T_s触发信号，u_gp为T_pl、T_p2的