三電平軟開關(guān)直流變換器典型拓?fù)浞治?/h1>

作者： 時間：2011-03-19 來源：網(wǎng)絡(luò)

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1 引言

本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/179404.htm

近年來，人們對電力電子裝置的電壓等級和功率等級的要求不斷提高，三電平變換器作為順應(yīng)這一潮流的一種解決方案受到越來越多的關(guān)注。三電平^[1]大大降低了開關(guān)管的電壓等級，這樣有利于減小開關(guān)損耗，提高效率，降低成本。為了減小變換器的體積和重量，高頻化是電力電子學(xué)一直追求的目標(biāo)，伴隨著高頻化，功率器件的開關(guān)損耗問題成為一個日益突出的矛盾，由此軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為降低開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率以及改善EMI問題的一個重要手段。

三電平零電壓軟開關(guān)直流變換器即是由此應(yīng)運(yùn)而生的一種新型，實用的 但在實際應(yīng)用中，三電平零電壓軟開關(guān)（ZVS）變換器存在著幾個較難克服的問題，從而出現(xiàn)了一系列改進(jìn)分析了目前較為實用和典型的三電平零電壓軟開關(guān)變換器2 傳統(tǒng)三電平零電壓軟開關(guān)直流變換器優(yōu)缺點

傳統(tǒng)的三電平ZVS軟開關(guān)直流變換器（three-level zero voltage switching DC/DC converter，簡稱TL-ZVS DC/DC converter）如圖1所示。其拓?fù)涮攸c^[2]是引入大容量飛跨電容C_ss，變換器工作時其電壓穩(wěn)定在V_in/2，使得超前管、滯后管實現(xiàn)軟開關(guān)的條件相互獨立，互不干擾；并且將移相技術(shù)與軟開關(guān)技術(shù)結(jié)合起來，能很好地降低電路中的損耗，提高效率。因此，非常適合高輸入電壓中大功率場合。

圖1 傳統(tǒng)的三電平移相全橋ZVS變換器

但是，傳統(tǒng)的三電平ZVS軟開關(guān)直流變換器也存在不少問題。諸如

1）滯后臂在輕載情況下很難實現(xiàn)軟開關(guān)，使得它不適合應(yīng)用于負(fù)載大范圍變化的場合；

2)環(huán)流能量大大增加，輸入V_in越高，變換器效率越低，因為，V_in越高，零狀態(tài)時間越長；在零狀態(tài)時，原邊電流處于自然續(xù)流狀態(tài)，一次側(cè)沒有能量傳遞到輸出級，而在變壓器，諧振電感和開關(guān)管中卻存在通態(tài)損耗；

3）由于諧振電感的存在，使得變壓器副邊有占空比丟失現(xiàn)象，變壓器漏感L_1k越大，占空比損失D_loss越大，D_loss使次級占空比D_sec減小；

4）副邊整流二極管電壓尖峰大。

3 改進(jìn)拓?fù)?a class="contentlabel" href="http://m.ptau.cn/news/listbylabel/label/分析">分析

3.1 滯后臂輕載軟開關(guān)的實現(xiàn)

參見圖1，為了改善傳統(tǒng)的三電平FB-ZVS變換器滯后臂的零電壓開關(guān)負(fù)載范圍，一個最直接的方法就是增加變壓器的漏感或在變壓器原邊串接一個電感L_r，以增大諧振電感的儲能，使之在輕載下也可以實現(xiàn)對滯后臂開關(guān)管并聯(lián)電容的完全充放電，實現(xiàn)滯后臂開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通。但這樣做有以下缺點。

1)環(huán)流能量進(jìn)一步增加 設(shè)變換器的零電壓導(dǎo)通負(fù)載范圍為I_o≥I_omin，I_omin=20％I_omax（I_omax為變換器滿載運(yùn)行時輸出電流值）。當(dāng)變換器以20％負(fù)載運(yùn)行時，滯后臂開關(guān)管關(guān)斷時的電感儲能為

E_min=(L_lk＋L_r)I_omin²/(2n²)

當(dāng)以滿載運(yùn)行時，電感儲能

E_max=(L_lk＋L_r)I_omax²/(2n²)

從而有

=25

這說明，滿載運(yùn)行時，系統(tǒng)環(huán)流能量將是滯后臂開關(guān)管零電壓導(dǎo)通實際所需能量的25倍。這將直接導(dǎo)致變換器通態(tài)損耗大大增加。

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