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，同時在副邊增加了一個續流二極管（副邊開路后續流）。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流。改拓撲還有一個顯著優點是輸出電壓可以通過變壓器副邊開關調節，原邊保持恒定占空比，這種調節方式一方面加速系統的動態響應，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流，減小了通態損耗。克服了飽和電感帶來的缺點，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，充分發揮各自的優點，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。