三電平直流變換器軟開關(guān)技術(shù)的研究

圖6零電壓零電流開關(guān)三電平直流變換器（3）

零電壓零電流開關(guān)三電平直流變換器[5]，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管VT1、VT4的零電壓開關(guān)和開關(guān)管VT2、VT3的零電流開關(guān)，并消除了零電壓開關(guān)三電平直流變換器零狀態(tài)時(shí)變壓器原邊存在的環(huán)流，減少了通態(tài)損耗，提高了功率變換器的效率。

電路圖如圖4所示。這個(gè)電路和零電壓開關(guān)三電平直流變換器的主要差別在于：增加了聯(lián)結(jié)電容Css以及在變壓器二次繞組中增加了輔助開關(guān)SAUX和鉗位電容CAUX，聯(lián)結(jié)電容Css分別將外側(cè)管VT1、VT4和內(nèi)側(cè)管VT2、VT3的開關(guān)過程連接起來，在變換器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電容Css的電壓恒為Uin/2。輔助開關(guān)SAUX和鉗位電容CAUX使變壓器一次側(cè)電流復(fù)位為零，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)開關(guān)管的零電流開關(guān)。外側(cè)開關(guān)管VT1和VT4利用結(jié)電容C1和C4實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷；利用漏感和輸出電感中的能量對(duì)結(jié)電容C1和C4進(jìn)行充放電，使VT1和VT4兩端電壓達(dá)到零，借此實(shí)現(xiàn)外側(cè)開關(guān)管的零電壓開通。當(dāng)變換器處于零狀態(tài)時(shí)，輔助開關(guān)SAUX接通，鉗位電容CAUX兩端的電壓反映到變壓器的一次繞組并加在漏感L1k的兩端，變壓器一次側(cè)的電流以斜率NUAUX/L1k線性下降到零，借此來實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)開關(guān)管的零電流開關(guān)；同時(shí)由于一次側(cè)電流為零，不能提供負(fù)載電流，此時(shí)負(fù)載的能量由鉗位電容CAUX來提供。

該電路的優(yōu)點(diǎn)是：

1）在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了外側(cè)開關(guān)管的零電壓開關(guān)和內(nèi)側(cè)開關(guān)管的零電流開關(guān)，且不受負(fù)載范圍和輸入電壓的影響；

2）消除了零狀態(tài)時(shí)變壓器一次側(cè)存在的環(huán)流，減少了通態(tài)損耗，提高了功率變換器的效率；

3）開關(guān)管的電壓應(yīng)力是輸入直流電壓的一半。

該電路的缺點(diǎn)是：增加了輔助開關(guān)，電路較復(fù)雜。

目前，文獻(xiàn)[6]提出了另外一種零電壓零電流開關(guān)三電平直流變換器，電路圖如圖5所示。它采用了阻斷電容Cb作為阻斷電壓源，使變壓器一次側(cè)電流在零狀態(tài)時(shí)減小到零，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)開關(guān)管的零電流開關(guān)。零狀態(tài)時(shí)，由于一次側(cè)電流減小，不足以提供負(fù)載電流，此時(shí)輸出整流管VDR1和VDR2同時(shí)導(dǎo)通，使變壓器一、二次側(cè)電壓均為零，因此阻斷電容Cb的電壓全部加在飽和電感和漏感兩端，使一次側(cè)電流很快減小到零。利用結(jié)電容C1和C4實(shí)現(xiàn)了外側(cè)開關(guān)管的零電壓關(guān)斷；利用漏感和輸出電感中的能量對(duì)結(jié)電容C1和C4進(jìn)行充放電，使VT1和VT4兩端電壓達(dá)到零，借此實(shí)現(xiàn)外側(cè)開關(guān)管的零電壓開通。

為了防止一次側(cè)電流在零狀態(tài)時(shí)減小到零后繼續(xù)反方向流動(dòng)，必須切斷一次側(cè)電流的反向通路，在變壓器一次電路中，串入一個(gè)飽和電感Ls，在零狀態(tài)時(shí)，飽和電感工作在線性狀態(tài)，防止一次電流反向流動(dòng)。在＋1狀態(tài)和－1狀態(tài)時(shí)，飽和電感工作在飽和狀態(tài)。

該電路有兩個(gè)缺點(diǎn)：

1）飽和電感損耗較大，限制了開關(guān)頻率的提高；

2）飽和電感較難設(shè)計(jì)，容易導(dǎo)致較大的占空比

丟失。

文獻(xiàn)[7]提出了另外一種零電壓零電流開關(guān)三電平直流變換器，電路圖如圖6所示。為了防止變壓器一次側(cè)電流在零狀態(tài)時(shí)減小到零后繼續(xù)反方向流動(dòng)，在VT2和VT3中分別串入二極管VD2和VD3，消除了

三電平直流變換器軟開關(guān)技術(shù)的研究

加入飽和電感后帶來的負(fù)作用。

4結(jié)語

由以上的分析可以看出，零電壓開關(guān)三電平直流變換器在負(fù)載較小時(shí)不足以實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，而且在零狀態(tài)時(shí)，變壓器一次側(cè)存在環(huán)流，降低了變換器的效率；寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)三電平直流變換器雖然克服了內(nèi)側(cè)開關(guān)管在負(fù)載較輕時(shí)不能實(shí)現(xiàn)軟開通的缺點(diǎn)，但是在零狀態(tài)時(shí)，變壓器一次側(cè)環(huán)流仍然存在。零電壓零電流開關(guān)三電平直流變換器在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)，不僅實(shí)現(xiàn)了所有開關(guān)管的零電流開關(guān)，使之不受負(fù)載范圍和輸入電壓的影響，而且消除了零狀態(tài)時(shí)變壓器一次側(cè)存在的環(huán)流，提高了變換器的效率。因此，可以預(yù)言在三電平直流變換器軟開關(guān)技術(shù)中，零電壓零電流開關(guān)三電平直流變換器將成為研究熱點(diǎn)，并將應(yīng)用于工程實(shí)踐中。 參考文獻(xiàn)