Теория и применение мягкой коммутации силовых ключей широтно-импульсных преобразователей электрической энергии

С использованием базового элемента топологии широтно-импульсных преобразователей проведен анализ основных составляющих коммутационных потерь в силовых ключах и рассмотрены схемотехнические методы их снижения. Показано, что наиболее эффективными методами снижения коммутационных потерь являются методы мягкого переключения при нулевых напряжениях и токах. Предложен метод реализации базовых типов устройств мягкой коммутации и разработана методика определения их основных характеристик. Проведена модификация разработанных устройств мягкой коммутации с возможностью их работы при постоянной частоте коммутации. Проведена оценка эффективности работы резонансных цепей для каждого из представленных базовых вариантов. Представлены комбинированные устройства мягкой коммутации, в которых объединены преимущества базовых вариантов с переключением при нулевом напряжении и нулевом токе. Проведен анализ эффективности разработанных устройств мягкой коммутации для применения в трехфазных инверторах напряжения. Представлена разработка универсального устройства мягкой коммутации, обеспечивающего переключение силовых ключей преобразователя при нулевых напряжениях и токах на интервалах переходных процессов. Определены критерии выполнения условий мягкой коммутации во всем рабочем диапазоне токов нагрузки при минимуме энергии, циркулирующей в резонансной цепи. Показаны способы обеспечения синхронизации импульсов управления ключами преобразователя при мягкой коммутации с логическими последовательностями типовых ШИМ сигналов. Показано применение универсального устройства мягкой коммутации в преобразователях электрической энергии различных видов, включая многофазные и многоуровневые варианты. Рассмотрено влияние режимов мягкой коммутации на управление широтно-импульсными преобразователями. Представлены способы реализации устройств мягкой коммутации в виде компактных конструкций силовых интегральных модулей.