当逆变电源工作于Ⅰ、Ⅲ象限时，输出电压与电流处于同相位，直流侧向负载侧传递能量。基于高频逆变桥和周波变换器结构的对称性，仅讨论逆变电源处于第一象限（u_o>0，i_o>0）时的工作原理。由于此时周波变换器通过VD_C和VD_D实现谐振电流过零点的自然换流，VI_A和VI_B就可以处于常通状态。在第Ⅲ象限时，VI_C和VI_D处于常通状态，由VD_A和VD_B实现自然换流。根据高频逆变桥开关的组合形式和谐振槽起振电压约束关系，逆变电源可以分成3种可控谐振模式和两种不可控谐振模式。

1.激励谐振

谐振电流正半周时，VM₁和VM₄同时在谐振电流过零点处开通，并在下一个过零点关断；谐振电流负半周时，VM₂和VM₃也同时在过零点处开通，在下一个过零点关断。图3-24a、b分别是正负半周时的电流通路。根据此时的开关状态，3-24c给出了激励谐振模式时的高频逆变桥和周波变换器的等效电路图；同时，3-24d还给出了谐振槽电流和电压的相位关系及谐振电流的变化趋势。

根据3-24c所示的等效电路，谐振槽两端承受与谐振电流保持同相位的净电压：

式中，sign（i_Lr）为符号函数，当i_Lr大于零时取1，当i_Lr小于零时取-1；N为隔离变压器的电压比；U_d为输入直流电源；u_o为输出电压瞬时值。

谐振电流在该方波电源激励下逐渐增大如3-24d所示，经变压器向负载侧提供的能量增加，输出电压上升。能量从直流侧流入谐振槽并向负载侧传递。假设前半个谐振周期结束后，谐振电容上的电压为u_Cr（k），经半个激励谐振周期后，谐振电流及向负载侧提供的能量为

式中，特征阻抗，谐振角频率。

在激励谐振模式下，逆变电源的状态方程为

图3-24 激励谐振模式

a）谐振电流正半周 b）谐振电流负半周 c）逆变电源等效电路 d）谐振槽电流和电压波形

2.自由谐振

在这种谐振模式下，高频逆变桥的开关管有多种选择：谐振电流正半周时，开通VM₁或VM₄；谐振电流负半周时，开通VM₂或VM₃。这样谐振电流就有多种回路：正半周时，VM₁和VD₂或VM₄和VD₃；负半周时，VM₂和VD₁或VM₃和VD₄。对于这四种组合方式，VM₁和VD₂、VM₂和VD₁以及VM₄和VD₃、VM₃和VD₄这两种组合可以采用VM₁、VM₂常通或VM₃、VM₄常通实现，不仅可以减少开关次数，降低开关损耗，而且还可以在VD₂、VD₁或VD₃、VD₄续流时引入同步整流，减少通态损耗；而VM₁和VD₂、VM₃和VD₄以及VM₄和VD₃、VM₂和VD₁这两种组合需要VM₁、VM₃或VM₄、VM₂在谐振电流过零点进行切换，有益的是谐振电流在一个周期内流经高频逆变桥所有开关，使功率管有着相同的电流量。以VM₄和VD₃、VM₃和VD₄开关组合为例，采用VM₃、VM₄常通实现自由谐振模式。和激励谐振模式类似，图3-25a、b为该开关组合时自由谐振模式下电流正负半周的电流通路；3-25c给出了自由谐振模式时的高频逆变桥和周波变换器的等效电路图，可以看出周波变换器有着和激励谐振模式时相同的工作方式；3-25d为谐振槽电流和电压的相位关系及谐振电流的变化趋势。

图3-25 自由谐振模式

a）谐振电流正半周 b）谐振电流负半周 c）逆变电源等效电路 d）谐振槽电压电流

根据3-25c所示的高频逆变桥等效电路，谐振槽端电压和电流相位相反，其值为

此时直流电源不参与工作，谐振槽向负载提供能量，谐振电流逐渐变小，输出电压下降。经半个自由谐振周期后，谐振电流及向负载提供的能量可以由公式（3-5）确定，其中此时的谐振槽端电压u_AB由式（3-7）确定。

在自由谐振模式下，逆变电源的状态方程为

3.回馈谐振

该模式下，高频逆变桥功率管VM₁～VM₄均处于封锁状态，谐振电流通过反并联二极管VD₁～VD₄续流。图3-26分别给出了此模式下的电流通路、等效电路及谐振槽电压电流相位关系等。同样可以看出，周波变换器的工作方式与激励谐振、自由谐振相同。

根据图3-26所示的高频逆变桥等效电路，谐振槽端电压与电流相位相反，其值为

图3-26 回馈谐振模式

a）谐振电流正半周 b）谐振电流负半周 c）逆变电源等效电路 d）谐振槽电压电流

此时直流电压以∓U_d的方波形式加在谐振槽和变压器两端，与谐振电流相位相反，谐振电流迅速变小，向负载侧传递的能量也迅速变小，输出电压下降较快。在回馈谐振模式下，谐振槽不仅向负载侧提供能量，同时还将能量回馈到直流输入电源中。经半个该谐振模式后，谐振电流及向负载侧提供能量同样可由式（3-5）确定，而此时谐振槽端电压u_AB则由式（3-9）替换。(www.daowen.com)

在回馈谐振模式下，逆变电源的状态方程为

当逆变电源工作于Ⅱ、Ⅳ象限时，输出电压与电流相位相反，负载侧向直流电源回馈能量。基于逆变电源的全对称性，仅讨论第Ⅱ象限（u_o>0，i_o<0）时的工作原理。在能量回馈时，周波变换器功率管VI_D和VI_C均以谐振频率f_r为开关频率、占空比为50%在谐振电流的过零点处交替导通。VI_D在谐振电流正半周时导通，而VI_C在负半周时导通。根据高频逆变桥开关组合方式和谐振槽起振电压约束关系，逆变电源可以分为3种可控谐振模式及一种不可控模式。

1.双激励谐振

高频逆变桥开关的组合方式与激励谐振模式相同，不同的是此时不仅输入直流电源作为谐振槽的激励源，输出负载同样也是激励源。图3-27分别给出了谐振电流正负半周时的电流通路、逆变电源等效电路及谐振槽电压、电流相位关系。从高频逆变桥的等效电路图3-27c可知，谐振槽端电压与电流相位相同，其值为

与式（3-4）相比较，该模式下的端电压u_AB更大，谐振电流在此激励电源的作用下迅速增加，负载侧回馈的能量也迅速变大，输出电压变小。负载侧回馈及直流电源输入的能量都保存在谐振槽中。经过半个谐振周期后，谐振电流及负载回馈的能量分别可由式（3-5）确定，而式中谐振槽端电压u_AB由式（3-11）确定。

在双激励谐振模式下，逆变电源的状态方程为

图3-27 双激励谐振模式

a）谐振电流正半周 b）谐振电流负半周 c）逆变电源等效电路 d）谐振槽电压电流

2.负载激励自由谐振

高频逆变桥开关的组合方式与自由谐振模式相同，同样有4种不同的开关组合方式，而且相对应的开关组合对逆变电源性能有着相同的影响。在该谐振模式下，谐振电流在负载激励源的作用下逐渐变大，负载回馈的能量增加，输出电压下降。负载回馈的能量存储在谐振槽中。图3-28给出了此模式下的正负半周电流通路、逆变电源等效电路及谐振槽电压、电流相位图。从图3-28c所示的等效电路图可知，谐振槽端电压与电流保持同相位，其值为

经过半个谐振周期后，谐振电流及负载回馈的能量可由式（3-5）确定。而式中谐振槽端电压u_AB由公式（3-13）替换。

在负载激励自由谐振模式下，逆变电源的状态方程为

图3-28 负载激励自由谐振模式

a）谐振电流正半周 b）谐振电流负半周 c）逆变电源等效电路 d）谐振槽电压电流

3.负载激励回馈谐振

高频逆变桥开关的组合方式与回馈谐振模式相同，VM₁～VM₄全部关断，谐振电流通过反并联二极管VD₁～VD₄续流。在该谐振模式下，尽管负载依然作为激励源，但是直流电源作为反电动势参与逆变电源工作。由于输出电压经变压器折算后，一定小于直流电源，因此在此模式下，谐振槽端电压与电流相位相反。谐振电流在此反电动势的作用下，逐渐变小。负载回馈的能量也变小，输出电压升高。此时，谐振槽接受负载回馈能量的同时将能量回馈到直流电源，谐振槽能量变小。图3-29分别给出了此谐振模式下的正负半周电流通路、逆变电源的等效电路及谐振槽端电压、电流相位图。从图3-29c所示的高频逆变桥等效电路图可知，谐振槽端电压与电流相位相反，其幅值为

在负载激励回馈谐振模式下，逆变电源的状态方程为

经过半个谐振周期后，谐振电流及负载回馈的能量可由式（3-5）确定，而式中谐振槽端电压u_AB由式（3-15）替换。

图3-29 负载激励回馈谐振模式

a）谐振电流正半周 b）谐振电流负半周 c）逆变电源等效电路 d）谐振槽电压电流