一種基于軟開(kāi)關(guān)三電平DC／DC開(kāi)關(guān)電源的研制

摘要：提出了一種新型具有無(wú)源箝位網(wǎng)絡(luò )的零電壓零電流轉換(ZVZCS)半橋三電平直流變換器，其特點(diǎn)是通過(guò)次級無(wú)源箝位網(wǎng)絡(luò )實(shí)現超前橋臂在一定負載范圍內的ZVS和滯后橋臂的ZCS。對變換器工作原理及軟開(kāi)關(guān)實(shí)現條件進(jìn)行了詳細分析，并在Pspice 9．2環(huán)境下對變換器進(jìn)行了仿真實(shí)驗，結果表明該拓撲能實(shí)現所有功率開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)及二極管的軟換流，且次級電壓應力較低。在實(shí)驗樣機上進(jìn)行了測試分析，實(shí)驗結果與理論分析一致，進(jìn)一步驗證了該新型DC／DC變換器的可行性和正確性。此外，該交換器還在一定程度上改善了傳統ZVZCS三電平變換器的占空比丟失問(wèn)題，使整機功率損耗小、效率高。
關(guān)鍵詞：變換器；軟開(kāi)關(guān)；三電平；電壓應力

1 引言
目前，開(kāi)關(guān)電源正朝著(zhù)高頻、高效、環(huán)保等方向發(fā)展。與傳統拓撲結構相比，三電平變換器由于具有開(kāi)關(guān)管電壓應力為輸入直流電壓的一半，適合輸入電壓較高的場(chǎng)合，輸出電壓諧波小等優(yōu)點(diǎn)，從而備受關(guān)注。此外，伴隨著(zhù)高頻化發(fā)展，出現了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，并結合三電平產(chǎn)生了不同拓撲的DC／DC變換器。傳統ZVS半橋三電平DC／DC變換器輕載時(shí)滯后管難以實(shí)現ZVS，且開(kāi)通損耗嚴重。ZVZCS變換器消除了ZVS三電平變換器零狀態(tài)時(shí)變壓器初級環(huán)流，減小了初級通態(tài)損耗，同時(shí)改善了占空比丟失問(wèn)題，近年來(lái)得到了廣泛研究。
這里提出一種新型ZVZCS半橋三電平DC／DC變換器，其次級采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源筘位網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)這個(gè)無(wú)源箝位網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了超前橋臂在一定負載范圍內的ZVS和滯后橋臂的ZCS。

2 主電路工作原理
圖1為新型半橋三電平DC／DC變換器拓撲。

由圖1可見(jiàn)，次級采用的無(wú)源箝位網(wǎng)絡(luò )主要由箝位電容CA和二極管VDA1，VDA2，VDA3構成。變壓器次級中心抽頭通過(guò)VDA1連接到CA，將次級電壓箝位在一個(gè)較低的水平。Cs1，Cs2為等值的輸入分壓電容，VDc1，VDc2為箝位二極管，Css為飛跨電容，Llk為變壓器漏感，n為變比，VDR1～VDR4為整流二極管，Lf，Cf分別為濾波電感、電容，Uin，Uo為輸入、輸出直流電壓。采用移相PWM控制策略，工作波形如圖2所示。