采用变压器次级辅助绕组的软开关pwm三电平变换器

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1、采用变压器次级辅助绕组的软开关PWM三电平变换器

2、第1摘要：提出一种新型的ZVZCSP三电平直流变换器，在变压器的次级侧附加一个辅助绕组，整流得到的辅助电压，为滞后管创造零电流条件，较好地解决了滞后管轻载下软开关难的问题。新的主电路拓扑减小了高压下功率器件的电压应力。分析了各时段的工作原理，并提供了设计参考和实验结果。关键词：三电平变换器；零压开关；零流开关；移相脉宽调制　　1引言随着科技的发展，谐波污染问题越来越引起人们的关注，有源功率因数校正（APFC，ActivePoouseg(this)">图1主电路拓扑2工作原理及软开关效

3、果ZVZCSPTL直流变换器有9个工作模式，对应的工作波形如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">图2工作波形图在分析工作模式前作如下假设：1）所有开关管、二极管均为理想器件；2）所有电感、电容均为理想元件；3）电容Css足够大，稳态工作时，Css的电压恒定为Vin/2；4）输出滤波电感Lf足够大，其电流为输出电流Io，可以认为是一个恒流源；5）C3=C4=Cr。2.1工作原理[4][5]模式1（t0～t1）t0以前S1已开通，t0时刻S2导通，此时vab=Vs=Vin/2。由于Lk的存在，ip不能突变，

4、所以S2是零电流开通。ip逐渐增加，但还不足以提供负载电流，D7与D8依然同时导通，变压器次级绕组被钳位在零电压，变压器辅助绕组上的电压也为零。初级电流如式(1)线性增加ip=500)this.style.ouseg(this)">t(1)模式2（t1～t2）在t1时刻，ip=nIo(n=N2/N1)，初级开始为负载提供能量。辅助电路中的D9导通，维持电容电压vCh开始充电上升。维持电容的电压和充电电流由式（2），式（3）给出vCh(t)=naVs[1－cos(ωat)]（2）ich(t)=500)this.style.ouseg(

5、this)">－sin(ωat)（3）式中：Za=500)this.style.ouseg(this)">为谐振电路的特征阻抗；ωa=500)this.style.ouseg(this)">为谐振频率；na=N3/N1为变压器辅助绕组与初级绕组的匝比，它小于变压器次级与初级匝比n=N2/N1的一半（忽略漏感和次级整流二极管的结电容间的寄生影响，以简化工作过程的分析）。模式3（t2～t3）t2时刻，Lk与Ch完成了半个谐振周期，VCh=2naVs，电容Ch试图通过Dh放电，然而VCh<Vrec，所以Dh反偏。维持电容Ch保持电压

6、不变，输出功率由主绕组承担。模式4（t3～t4）t3时刻S1关断，ip给C3充电，C3上电压逐渐上升，所以S1是零电压关断。同时C4放电，此时Lk和输出滤波电感Lf相串联，Lf一般很大，ip近似不变，类似于一个恒流源，C3电压线性上升，C4电压线性下降。vC3(t)=500)this.style.ouseg(this)">（4）vC4(t)=Vs－500)this.style.ouseg(this)">（5）初级电压vab=vC4，次级整流电压与初级电压下降的斜率相同。模式5（t4～t5）t4时刻次级整流电压下降到维持电容电压VCh

7、，此时二极管Dh导通，整流电压随着维持电容电压变化（设Ch比C3，C4大得多），Ch开始为负载提供部分电流。因为漏感储能仍使C3充电C4放电，初级电压几乎按与先前同样的斜率下降，这意味着次级整流电压比初级电压下降得慢。初级电压与次级反射电压之差加在漏感上，初级电流ip开始下降。折算到初级的简化等效电路如图3(a)所示，初级电流和电压以及次级电压为ip(t)=nIo500)this.style.ouseg(this)">cos(ωbt)＋500)this.style.ouseg(this)">nIo（6）vab(t)=500)this

8、.style.ouseg(this)">sin(ωbt)－500)this.style.ouseg(this)">（7）500)this.style.ouseg(this)">（a）模式5(b)模式6(c)模式7图3简化等效电路图Vrec(t)=500)this.style.ouseg(this)">－sin(ωbt)＋500)this.style.ouseg(this)">t＋2naVs（8）式中：ωb=500)this.style.ouseg(this)">；Ceq=C3＋C4。模式6（t5～t6）t5时刻，C3的电压上升到Vs

9、，C4的电压下降到零，vab=0，此时D4自然导通。D4导通后，C4的电压被箝在0，因此可零电压开通S4，S4与S1驱动信号之间的死区时间应大于(t5－t3)。次级电压折算到初级后都加在漏感上，初级电流迅速下降。折算到初级的简化等效电