三電平直流變換器軟開關技術的研究

圖6零電壓零電流開關三電平直流變換器（3）

零電壓零電流開關三電平直流變換器[5]，實現了開關管VT1、VT4的零電壓開關和開關管VT2、VT3的零電流開關，并消除了零電壓開關三電平直流變換器零狀態時變壓器原邊存在的環流，減少了通態損耗，提高了功率變換器的效率。

電路圖如圖4所示。這個電路和零電壓開關三電平直流變換器的主要差別在于：增加了聯結電容Css以及在變壓器二次繞組中增加了輔助開關SAUX和鉗位電容CAUX，聯結電容Css分別將外側管VT1、VT4和內側管VT2、VT3的開關過程連接起來，在變換器穩態工作時，電容Css的電壓恒為Uin/2。輔助開關SAUX和鉗位電容CAUX使變壓器一次側電流復位為零，以實現內側開關管的零電流開關。外側開關管VT1和VT4利用結電容C1和C4實現了零電壓關斷；利用漏感和輸出電感中的能量對結電容C1和C4進行充放電，使VT1和VT4兩端電壓達到零，借此實現外側開關管的零電壓開通。當變換器處于零狀態時，輔助開關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，變壓器一次側的電流以斜率NUAUX/L1k線性下降到零，借此來實現內側開關管的零電流開關；同時由于一次側電流為零，不能提供負載電流，此時負載的能量由鉗位電容CAUX來提供。

該電路的優點是：

1）在很寬的負載范圍內，實現了外側開關管的零電壓開關和內側開關管的零電流開關，且不受負載范圍和輸入電壓的影響；

2）消除了零狀態時變壓器一次側存在的環流，減少了通態損耗，提高了功率變換器的效率；

3）開關管的電壓應力是輸入直流電壓的一半。

該電路的缺點是：增加了輔助開關，電路較復雜。

目前，文獻[6]提出了另外一種零電壓零電流開關三電平直流變換器，電路圖如圖5所示。它采用了阻斷電容Cb作為阻斷電壓源，使變壓器一次側電流在零狀態時減小到零，從而實現內側開關管的零電流開關。零狀態時，由于一次側電流減小，不足以提供負載電流，此時輸出整流管VDR1和VDR2同時導通，使變壓器一、二次側電壓均為零，因此阻斷電容Cb的電壓全部加在飽和電感和漏感兩端，使一次側電流很快減小到零。利用結電容C1和C4實現了外側開關管的零電壓關斷；利用漏感和輸出電感中的能量對結電容C1和C4進行充放電，使VT1和VT4兩端電壓達到零，借此實現外側開關管的零電壓開通。

為了防止一次側電流在零狀態時減小到零后繼續反方向流動，必須切斷一次側電流的反向通路，在變壓器一次電路中，串入一個飽和電感Ls，在零狀態時，飽和電感工作在線性狀態，防止一次電流反向流動。在＋1狀態和－1狀態時，飽和電感工作在飽和狀態。

該電路有兩個缺點：

1）飽和電感損耗較大，限制了開關頻率的提高；

2）飽和電感較難設計，容易導致較大的占空比

丟失。

文獻[7]提出了另外一種零電壓零電流開關三電平直流變換器，電路圖如圖6所示。為了防止變壓器一次側電流在零狀態時減小到零后繼續反方向流動，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技術的研究

加入飽和電感后帶來的負作用。

4結語

由以上的分析可以看出，零電壓開關三電平直流變換器在負載較小時不足以實現內側開關管的零電壓開關，而且在零狀態時，變壓器一次側存在環流，降低了變換器的效率；寬負載范圍零電壓開關三電平直流變換器雖然克服了內側開關管在負載較輕時不能實現軟開通的缺點，但是在零狀態時，變壓器一次側環流仍然存在。零電壓零電流開關三電平直流變換器在很寬的負載范圍內，不僅實現了所有開關管的零電流開關，使之不受負載范圍和輸入電壓的影響，而且消除了零狀態時變壓器一次側存在的環流，提高了變換器的效率。因此，可以預言在三電平直流變換器軟開關技術中，零電壓零電流開關三電平直流變換器將成為研究熱點，并將應用于工程實踐中。 參考文獻