采用變壓器次級輔助繞組的軟開關PWM三電平變換器

摘要：提出一種新型的ZVZCSPWM三電平直流變換器，在變壓器的次級側附加一個輔助繞組，整流得到的輔助電壓，為滯后管創造零電流條件，較好地解決了滯后管輕載下軟開關難的問題。新的主電路拓撲減小了高壓下功率器件的電壓應力。分析了各時段的工作原理，并提供了設計參考和實驗結果。

關鍵詞：三電平變換器；零壓開關；零流開關；移相脈寬調制

1 引言

隨著科技的發展，諧波污染問題越來越引起人們的關注，有源功率因數校正（APFC，Active Power Factor Correction）技術是解決諧波污染的有效手段。而三相功率因數校正變換器的前級輸出直流電壓一般為760～800V，有時甚至高達1000V，這就要求提高后級變換器開關管的電壓定額，但是，很難選擇到合適的開關管^[1]。另外，高頻化也是變換器發展的方向，但是隨著開關頻率的提高，開關損耗也成比例地增加。本文提出了一種新穎的ZVZCSPWM三電平變換器，使開關管承受的電壓應力為輸入直流電壓的一半，并使開關損耗減小，從而較好地解決了上述兩個問題，克服了文獻^[2]－[3]中所提出的ZVZCS三電平變換器的部分缺點，其主電路如圖1所示。它采用移相控制，其中C₁和C₂是分壓電容，其容量相等，并且很大，均分輸入電壓V_in，即V_C1=V_C2=V_s=V_in/2。L_k是變壓器初級漏感，D₅，D₆是箝位二極管，S₁和S₄是超前管，C₃和C₄分別是S₁和S₄的并聯電容，S₂和S₃是滯后管。C_ss為聯接電容，分別將兩只超前管和兩只滯后管的開關過程連接起來。C_h是維持電容，它使初級電流復位，從而實現滯后管的ZCS，并防止初級電流ip反向流動。L_f是輸出濾波電感，C_f是輸出濾波電容，R為負載。

圖1 主電路拓撲

2 工作原理及軟開關效果

ZVZCSPWMTL直流變換器有9個工作模式，對應的工作波形如圖2所示。

圖2 工作波形圖

在分析工作模式前作如下假設：

1）所有開關管、二極管均為理想器件；

2）所有電感、電容均為理想元件；

3）電容C_ss足夠大，穩態工作時，C_ss的電壓恒定為V_in/2；

4）輸出濾波電感L_f足夠大，其電流為輸出電流I_o，可以認為是一個恒流源；

5）C₃=C₄=C_r。