三电平直流变换器软开关技术的研究

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1、三电平直流变换器软开关技术的研究

2、第1图1基本的三电平直流变换器500)this.style.ouseg(this)">图2零电压开关三电平直流变换器容Cd1和Cd2容量相等，并且很大，它们的电压均为输入直流电压的一半，即Ud1=Ud2=Uin/2。VD5和VD6为钳位二极管，通过控制四只开关管VT1～VT4，在A、B两点得到了一个幅值为Uin/2的交流方波电压uAB。经过高频变压器和输出整流桥后，在C、D两点得到幅值为Uin/2N的直流脉冲电压，再经过输出滤波后得到输出直流电压U0。N是变压器的原副边匝数比。通过调节uCD的占空比，就可以调节输出电压U0。3三电平直流变换

3、器的软开关技术如前所述，为了提高开关频率，必须实现开关管的软开关。目前相关文献已提出了几种软开关三电平直流变换器，大体上可分为两类：零电压开关(ZeroVoltageSouseg(this)">图3宽负载范围零电压开关三电平直流变换器()控制技术500)this.style.ouseg(this)">图4零电压零电流开关三电平直流变换器（1）500)this.style.ouseg(this)">图5零电压零电流开关三电平直流变换器（2）500)this.style.ouseg(this)">图6零电压零电流开关三电平直流变换器（3）零电压零电流开关三电平直流变换器[5

4、]，实现了开关管VT1、VT4的零电压开关和开关管VT2、VT3的零电流开关，并消除了零电压开关三电平直流变换器零状态时变压器原边存在的环流，减少了通态损耗，提高了功率变换器的效率。电路图如图4所示。这个电路和零电压开关三电平直流变换器的主要差别在于：增加了联结电容Css以及在变压器二次绕组中增加了辅助开关SAUX和钳位电容CAUX，联结电容Css分别将外侧管VT1、VT4和内侧管VT2、VT3的开关过程连接起来，在变换器稳态工作时，电容Css的电压恒为Uin/2。辅助开关SAUX和钳位电容CAUX使变压器一次侧电流复位为零，以实现内侧开关管的零电流开关。外侧开关管VT1和

5、VT4利用结电容C1和C4实现了零电压关断；利用漏感和输出电感中的能量对结电容C1和C4进行充放电，使VT1和VT4两端电压达到零，借此实现外侧开关管的零电压开通。当变换器处于零状态时，辅助开关SAUX接通，钳位电容CAUX两端的电压反映到变压器的一次绕组并加在漏感L1k的两端，变压器一次侧的电流以斜率NUAUX/L1k线性下降到零，借此来实现内侧开关管的零电流开关；同时由于一次侧电流为零，不能提供负载电流，此时负载的能量由钳位电容CAUX来提供。该电路的优点是：1）在很宽的负载范围内，实现了外侧开关管的零电压开关和内侧开关管的零电流开关，且不受负载范围和输入电压的影响；2

6、）消除了零状态时变压器一次侧存在的环流，减少了通态损耗，提高了功率变换器的效率；3）开关管的电压应力是输入直流电压的一半。该电路的缺点是：增加了辅助开关，电路较复杂。目前，文献[6]提出了另外一种零电压零电流开关三电平直流变换器，电路图如图5所示。它采用了阻断电容Cb作为阻断电压源，使变压器一次侧电流在零状态时减小到零，从而实现内侧开关管的零电流开关。零状态时，由于一次侧电流减小，不足以提供负载电流，此时输出整流管VDR1和VDR2同时导通，使变压器一、二次侧电压均为零，因此阻断电容Cb的电压全部加在饱和电感和漏感两端，使一次侧电流很快减小到零。利用结电容C1和C4实现了外

7、侧开关管的零电压关断；利用漏感和输出电感中的能量对结电容C1和C4进行充放电，使VT1和VT4两端电压达到零，借此实现外侧开关管的零电压开通。为了防止一次侧电流在零状态时减小到零后继续反方向流动，必须切断一次侧电流的反向通路，在变压器一次电路中，串入一个饱和电感Ls，在零状态时，饱和电感工作在线性状态，防止一次电流反向流动。在＋1状态和－1状态时，饱和电感工作在饱和状态。该电路有两个缺点：1）饱和电感损耗较大，限制了开关频率的提高；2）饱和电感较难设计，容易导致较大的占空比丢失。文献[7]提出了另外一种零电压零电流开关三电平直流变换器，电路图如图6所示。为了防止变压器一次侧

8、电流在零状态时减小到零后继续反方向流动，在VT2和VT3中分别串入二极管VD2和VD3，消除了三电平直流变换器软开关技术的研究加入饱和电感后带来的负作用。4结语由以上的分析可以看出，零电压开关三电平直流变换器在负载较小时不足以实现内侧开关管的零电压开关，而且在零状态时，变压器一次侧存在环流，降低了变换器的效率；宽负载范围零电压开关三电平直流变换器虽然克服了内侧开关管在负载较轻时不能实现软开通的缺点，但是在零状态时，变压器一次侧环流仍然存在。零电压零电流开关三电平直流变换器在很宽的负载范围内，不仅实现了所有开关管的零