三電平軟開關直流變換器典型拓撲分析

3.4 利用變壓器勵磁電感擴大零電壓開關負載范圍

從前面變換器的討論中可以看出，在滯后臂開關管關斷的諧振過程中，雖然勵磁電感L_m具有較大的數值，但由于原副邊的短路，它基本上無法參與諧振。只有當勵磁電流i_Lm大于副邊反射電流I_o/n時，勵磁電感L_m才可能參與諧振^[3]。因而，在具有變壓器勵磁電感三電平移相全橋ZVS變換器中，增加了兩個開關管S₅，S₆（用于使副邊開路），分別與輸出整流二極管陰極相串聯(lián)，同時在副邊增加了一個續(xù)流二極管（副邊開路后續(xù)流）。S₅，S₆可以用磁放大器構成的飽和電抗器構成。在這個電路中，變壓器漏感很小，滯后臂開關管關斷后，通過使勵磁電感Lm參與諧振，保證開關管在輕負載下的零電壓導通。

合理選擇變壓器勵磁電感的參數，可使變換器從空載到滿載整個范圍內，滿足開關管零電壓開關條件，即零電壓開關條件與負載無關，同時保持了較小的環(huán)流。改拓撲還有一個顯著優(yōu)點是輸出電壓可以通過變壓器副邊開關調節(jié)，原邊保持恒定占空比，這種調節(jié)方式一方面加速系統(tǒng)的動態(tài)響應，另一方面簡化了控制電路，無需考慮原副邊隔離。該拓撲如圖4所示。

圖4 具有變壓器勵磁電感三電平移相全橋ZVS變換器

3.5 采用ZVZCS電路

ZVZCS電路是針對ZVS電路的不足而產生的一種新型拓撲，通過加入箝位電路使原邊電流復零，可在任意負載和輸入電壓變化范圍內實現滯后臂的軟開關，同時由于原邊電流復位不存在環(huán)流，減小了通態(tài)損耗?？朔孙柡碗姼袔淼娜秉c，有效地提高了占空比。

原邊電流復位的方法總結起來主要有3種：

1）在變壓器原邊使用隔直電容和飽和電感（見圖5），在原邊電壓過零期間，將隔直電容上的電壓作為反向阻斷電壓源，使原邊電流復位^[4]；

圖5 隔直電容和飽和電感復位

2）在變壓器副邊整流器輸出端并聯(lián)電容（見圖6），在原邊電壓過零期間，將副邊電容上的電壓反射到原邊作為反向阻斷電壓源，使原邊電流迅速復位^[5]；

圖6 電容電壓復位

3）利用超前臂開關管的反向雪崩擊穿，使存儲在變壓器漏感中的能量完全消耗在超前臂的IGBT中，為滯后臂提供零電流開關的條件。

4 結語

本文主要分析了傳統(tǒng)的三電平軟開關直流變換器存在的缺點及其改進的拓撲，歸納總結了改進的一般方法。三電平以其高效率，適用于高壓，大功率，拓撲簡單等一系列優(yōu)點而得到越來越廣泛的應用。根據當前三電平軟開關直流變換器研究和應用現狀，仍有以下幾個方面應引起研究者關注：

1）軟開關的應用并未達到令人滿意的程度，最近又出現了以諧振變換器代替軟開關的提法，如何將兩者更好地結合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，是一個值得關注的方向；

2）三電平的控制方法很少有人研究，能否采用更好的控制方法在實現高的控制性能的同時，又能簡化控制的復雜性，相信這是今后研究的一個熱點。