一种由两电平桥式变换器得到三电平桥式变换器的通用方法

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1、一种由两电平桥式变换器得到三电平桥式变换器的通用方法摘要：本片论文研究了由通用全桥DC/DC拓扑推导出三电平半桥DC/DC拓扑的方法。推导出的三电平半桥拓扑与相应的全桥拓扑具有相同的期器件数目与性能，而且更为适用于高电压电路应用。不同控制方法的推导拓扑，例如PWM控制，频率控制和相移控制都已提出。一些新颖的三电平半桥拓扑也基于上述拓扑提出。这些新颖的拓扑的试验结果证明了之前推导出的拓扑事有依据的。Ⅰ．说明在AC/DC整流电路中，下游的DC/DC变换器的线电压主要由前段末尾的PFC变换器确定。典型的直流线

2、电压单相输入与三相输入分别为400V，800V。相移控制的全桥拓扑广泛应用于高效率，切换频率高的电路中。线电压为800V的电路中由于MOSFET电压变化率高导致的极高的启动电阻，限制了它的应用。为了减小高输入电压应用中开关的电压变化率，提出了多电平DC/DC拓扑。三电平DC/DC拓扑将电力开关的压降减至1/2输入直流电压，而无需增加控制方案的复杂程度，近年来吸引了许多注意力。许多三电平DC/DC变换器相继提出[1-4]，也研究出一些由通用DC/DC变换器推导出三电平DC/DC变换器，但是仍然有缺点，尤其

3、是桥式DC/DC变换器。一般，每个DC/DC拓扑都有相应的三电平拓扑。在本片论文中，我们主要集中在用相同数目器件性能，由通用DC/DC全桥变换器，更易于构成三电平半桥拓扑的方法。输入电压时，电压/电流保持不变。此外，通用全桥拓扑的改进型也可用于三电平半桥拓扑，基于这种方法，推出了一些新型三电平DC/DC变换器。本篇论文的是阐明通用拓扑与三电平半桥拓扑间的关系，桥式拓扑提出的一些相当具有吸引力的改进，也可应用于三电平半桥拓扑，而且，可通过改进型拓扑实现宽的输入电压。举例来说，输入为200-400V的全桥变

4、换器，可以升压到400-800V，仅通过改变原边的拓扑结构，在电力电子系统整合中的拓扑结构标准化中是十分有用的。基于不同的控制方式，通用全桥三电平半桥拓扑的推导方法，将在段落Ⅱ中说明。而一些新型三电平DC/DC拓扑的实验结果，将在段落Ⅲ中说明。相应的三电平那·半桥拓扑也将予以探讨。Ⅱ推导方法基本的两个带钳位二极管的三电平开关单元如图1所示，可用两个三电平开关中的任意一个替换通用DC/DC拓扑中的开关，所有的直流拓扑均可转化为三电平直流变换器。但是，对于FB型直流变换器拓扑，如果四个开关都被三电平开关单元

5、替换，开关数目加倍，这使得整个拓扑复杂化。通常，仅需将两个三电平开关单元，ＦFB型直流变换器便改变为一个三电平半桥拓扑，这样，保持开关数目相与开关额电压与电流应力都不变。基于广义的多电平变频器拓扑，有其他类型的三电平结构，如非电容钳位式，二极管非电容钳位式构成的三电平半桥拓扑和三种如图２所示的三电平半桥。飞电容钳位式方法由于DC/DC电路中飞电容的大电流变化率与电势不平衡，很少用于DC/DC电路中。二极管飞电容钳位方法结合二极管钳位与飞电容钳位的优点，但是器件数增加。二极管钳位与二极管飞电容钳位法可依据

6、全桥拓扑的控制方法来选择一般来讲，通用全桥拓扑具有三相控制控制方案，例如PWM　FB拓扑的PWM控制，振荡FB拓扑的频率控制，相移全桥（PSFB）ZVS拓扑的相移控制。适合不同控制方案的相应三相半桥拓扑在下文中简单的进行探讨。A．PWM控制与频率控制关于振荡FB拓扑的频率控制方法，占空比接近于50%，且开关频率是变化的，以控制输出。频率控制操作与占空比为50%的PWM控制相同。一对开关同时动作。这样就不需要飞电容，而选择二极管钳位，如图3所示。在三相半桥拓扑中，一个三相开关单元接近于同时动作。这种技术也

7、可无需任何改变来提高通用FB拓扑性能的。推导方法如图3所示，我们已提出了TL　LLC振荡变换器，如图4[14]所示。详细的操作原则在此不再赘述。同时，一种新型三相ZCT变换器基于相应的ZCT　FB拓扑提出，如图5所示。B．相移控制方式相移全桥（PSFB）拓扑，在实际运用更为广泛的一种ZVS拓扑。对于高电压输入电路，MOSFET的启动电阻随着额定电压急剧上升。因此，由于较低的电压应力，TL拓扑更为适合。涉及到的三电平相移半桥拓扑与门极驱动信号如图6所示。二极管飞电容钳位方法适合用于这种情况。飞电容法用来实

8、现图6所示超前桥臂中两个开关的ZVS。例如S1与S4。如果需要图6中所示的中性点B，可以用连接在线圈上的飞电容（与），也表示在图6中。然而，通用PSFB的应用中遇到一些问题，例如ZVS的变化范围较窄，二次侧占空比损失，二次侧承受的整流电压环路与大的环流能量。许多技术可以解决这些问题［6-9］，均可用于相应的TL　PSFB拓扑中。由图6知，超前桥臂，滞后桥臂，相应的中点A与B都在图中清楚的标明了。同时，超前桥臂与滞后桥臂可以互换。PSFB上相