单相全桥式柔性切换整流器之研制.doc

新型柔切式三相變流器之研製 Study of a Novel Sofe-Switching Three-Phase Inverter 江茂欽 王見銘 詹前茂 陳俊宏 Maoh-Chin Jiang Chien-Ming Wang Chien-Mao Chan Chun-Hung Chen 國立宜蘭大學電機工程系 Department of Electrical Engineering National I-Lan University200W及功率開關切換頻率40kHz之硬體雛形，以驗證本論文之可行性。 關鍵詞：零電壓切換(ZVS)零電切換(ZCS)Abstract A novel four-switch three-phase inverter is designed and implemented. A low cost four main switches and four auxiliary switches power converter configuration of the three-phase inverter is proposed. All main switches in the three-phase inverter operate at zero voltage switching (ZVS) turn on and turn off. Also, the auxiliary switches operate at zero current switching (ZCS) turn on and turn off. Moreover, the reduction in the number of main switches can also increase the reliability, since the control circuits and the auxiliary circuits are there by reduced to two sets. Therefore, the proposed power converter configuration achieves the low cost and high efficiency inverter without changing devices rate. The principle of operation, experimental results of the four-switch three-phase inverter, rated 200W and operated at 40kHz are provided to demonstrate the performance. Keywords: zero-voltage-switching (ZVS), zero-voltage-switching (ZCS), Four-Switch Three-Phase Inverter (FSTPI) 前言 近年來，電力電子系統性能之需求不斷提升，為滿 足需求，系統效率、電感雜音、電路體積、操作損失和 電磁干擾(EMI)皆為改善之目標。當提高開關切換頻率將 可提升系統之性能，如可有效抑制低次諧波；可大幅減 小濾波元件之尺寸，即可提高功率密度；當開關切換頻 率在20kHz以上時，可消除噪音；並可提高系統之暫態 響應。但傳統硬式切換技術於高頻操作時，會產生許多 問題，如電壓變化率()以及電流變化率()過 大，將產生嚴重的電磁干擾；功率開關之切換損失將與 切換頻率成正比上升，造成整體系統之效率下降。由上 述可知雖然高切換頻率帶來許多優點，但也產生許多問 題仍待解決[1]。 為了克服上述高頻硬式切換技術所產生的諸多問題 並提升系統效率。故需先了解電力轉換器各類損失之來 源。高頻切換式變流器，主要的損失來自於功率開關的 切換行為。開關元件導通與截止的暫態期間，由於開關 為一非理想元件，故會產生電壓及電流交越，即為開關 元件的功率損失。開關功率損失可分為導通損失、傳導 損失及截止損失，而其中又以導通損失及截止損失為最 主要功率損失[2]。 由上述可知變流器高頻操作時，將會增加開關之切 換損失並導致開關元件溫度上升，可能造成電路毀損， 因此發展出柔性切換技術。柔性切換技術之原理係當開 關元件在切換過程中避免電壓及電流交越，即可減少切 換損失。使用柔性切換技術，不僅減輕非理想切換之問 題，更有效地減少開關切換損失並降低電磁干擾(EMI)， 且可於低電壓及電流應力下增加切換頻率並提高系統效 率[3]。