谐振直流环节逆变器采用软开关技术，解决了硬开关难以避免的问题，几乎将器件开关损耗降至零，提高了逆变器的效率与开关频率，避免了关断时的高 du/dt、di/dt，因而无需缓冲电路，简化了主电路结构。但该方案也存在不足：逆变器开关器件承受的电压较高，约为直流电源电压的 2～3 倍，须采用耐高压功率器件；为实现零损耗，器件须在零电压下通断，而零电压到来时刻与 PWM 控制策略决定的开关时刻难以一致，存在时间误差，导致输出谐波增加。为此出现了多种电路拓扑，以下举两例说明。

1. 并联谐振直流环节逆变器

具有并联谐振电路的直流环节逆变器电路原理如图3-18a 所示，等效电路见图3-18b。图中 L_r 为谐振电感，C_r1、C_r2 为谐振电容，S1～S3 为开关器件，S4 及其反并联二极管代表逆变器桥臂开关，I_x 为负载等效电流。图3-19 给出了一个工作周期内电容电压 u_c1、u_c2 及电感电流 i_L 的波形，对应 A、B、C、D、E、F 各阶段的等效电路如图3-20a～f 所示。

图3-18 并联谐振直流环节逆变器

图3-19 电容电压与电感电流的波形

图3-20 并联谐振直流环节逆变器的工作原理

（1）A 阶段。S1、S2、S3 开通、S4 关断，直流电源 U_d 经 S1 向逆变桥供电，C_r1 充电至 U_d，电感电流 i_L 上升、储能增加。

（2）B 阶段。在逆变桥开关器件开通前某一时刻关断 S1，因 C_r1 已充电至 U_d，S1 在零电压下关断；电路进入谐振，C_r1、C_r2 经 L_r 放电，在 u_c1、u_c2 下降的同时 i_L 增加。

（3）C 阶段。当 C_r2 放电至 u_c2=0 时，与 S4 反并联的二极管导通，将 u_c2 钳位至零，逆变桥功率开关 S4 实现零电压开通。同时当 C_r1 放电至零时，S3 在零电压下关断，以防止 u_c1 变负时直流母线极性随之反变。此时 i_L 达最大值后下降，能量向 C_r1 转移；i_L 继续下降时能量又向 L_r 转移。

（4）D 阶段。当 i_L 降至 -i_Lmax 时，u_c1 返回至零，可在零电压下开通 S3；此时逆变桥功率开关 S4 在二极管钳位下实现零电压关断。随后 i_L 从负值上升，能量向 C_r1、C_r2 转移，u_c1、u_c2 开始上升。

（5）E 阶段。逆变桥功率开关关断后，当 u_c1 上升至 U_d 时在零电压下开通 S1，直流电源恢复向逆变桥供电，i_L 继续上升。

（6）F 阶段。当 i_L 上升至零时在零电流下关断 S2，一个谐振周期结束，并为下一次逆变桥换相作好准备。

由上述分析可知，逆变桥功率开关的通断时刻可完全按 PWM 控制策略确定，只须在其动作之前借助 S1、S2、S3 的先后动作使直流环节预先谐振至零。该电路限制了过高的谐振电压峰值，逆变器开关器件承受的最大电压值仅为直流电源电压 U_d。

2. 结实型谐振直流环节逆变器

如图3-21 所示。该电路与前者的根本区别在于不存在直流母线短路过程，即使控制电路出现故障也不会损坏逆变桥全部功率开关。图中 L_r 为谐振电感，C_r1、C_r2 为谐振电容，S1、S2 为开关器件，C′₁、C′₂ 用于延缓 S1、S2 关断后器件两端电压的上升速率以减小关断损耗。其工作原理可通过图3-22 说明。

图3-21 结实型谐振直流环节逆变器

图3-22 结实型谐振直流环节逆变器的工作原理

（1）阶段 A。S1 导通、S2 关断、VD1 导通，U_d 经 S1 向逆变桥 INV 供电，L_r 压降为零，i_L 达正向稳定值 I_L0>I_x，其中(i_L-I_x)部分流经 VD1、S1，u_c2=U_d。

（2）阶段 B。逆变桥开关动作前某一时刻，在 VD1 导通钳位电压为零的情况下关断 S1，i_L 向 C′₁ 转移；C′₁ 充电延缓 S1 两端电压上升，当其电压升至 U_d 时 VD2′ 导通，i_L 经 VD2′、VD1 续流向电源返回能量，并为 S2 导通创造零电压条件；i_L 线性下降至 I_x 时 VD1 自然关断。

（3）阶段 C。L_r 与 C_r1、C_r2 谐振使 i_L 继续下降、u_c2 下降；i_L 降至零并反向变负的过程中，S2 在零电压下导通，VD2′ 自然关断。

（4）阶段 D。当 u_c2 谐振至零时 i_L 达反向稳定值，VD2 导通将 u_c2 钳位至零，逆变桥功率开关可零电压切换，此时 I_x 由 VD2 续流，i_L 流经 S2、VD2。

（5）阶段 E。逆变桥开关动作完成后，S2 在 VD2 导通、电压钳位为零时关断；C′₂ 逐渐充电，当其电压升至 U_d 时 VD1′ 导通，i_L 经 VD1′ 续流并为 S1 导通创造零电压条件，i_L 线性上升。

（6）阶段 F。i_L 从负值增长至零变正的过程中，S1 在零电压下导通、VD1′ 关断；i_L 继续上升至 I_x 时 VD2 关断；L_r 与 C_r1、C_r2 再次谐振，当 u_c2 上升至 U_d 时 VD1 导通、u_c2 被钳位至 U_d，i_L 又达正向稳定值，完成一个工作周期。