三電平軟開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)負載范圍

從前面變換器的討論中可以看出，在滯后臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的諧振過(guò)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(wú)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(shí)，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(gè)開(kāi)關(guān)管S₅，S₆（用于使副邊開(kāi)路），分別與輸出整流二極管陰極相串聯(lián)，同時(shí)在副邊增加了一個(gè)續流二極管（副邊開(kāi)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(gè)電路中，變壓器漏感很小，滯后臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后，通過(guò)使勵磁電感Lm參與諧振，保證開(kāi)關(guān)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(mǎn)載整個(gè)范圍內，滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)關(guān)條件，即零電壓開(kāi)關(guān)條件與負載無(wú)關(guān)，同時(shí)保持了較小的環(huán)流。改拓撲還有一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓可以通過(guò)變壓器副邊開(kāi)關(guān)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(dòng)態(tài)響應，另一方面簡(jiǎn)化了控制電路，無(wú)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(chǎn)生的一種新型拓撲，通過(guò)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(shí)現滯后臂的軟開(kāi)關(guān)，同時(shí)由于原邊電流復位不存在環(huán)流，減小了通態(tài)損耗?？朔孙柡碗姼袔?lái)的缺點(diǎn)，有效地提高了占空比。

原邊電流復位的方法總結起來(lái)主要有3種：

1）在變壓器原邊使用隔直電容和飽和電感（見(jiàn)圖5），在原邊電壓過(guò)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(lián)電容（見(jiàn)圖6），在原邊電壓過(guò)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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)的條件。

4 結語(yǔ)

本文主要分析了傳統的三電平軟開(kāi)關(guān)直流變換器存在的缺點(diǎn)及其改進(jìn)的拓撲，歸納總結了改進(jìn)的一般方法。三電平以其高效率，適用于高壓，大功率，拓撲簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越廣泛的應用。根據當前三電平軟開(kāi)關(guān)直流變換器研究和應用現狀，仍有以下幾個(gè)方面應引起研究者關(guān)注：

1）軟開(kāi)關(guān)的應用并未達到令人滿(mǎn)意的程度，最近又出現了以諧振變換器代替軟開(kāi)關(guān)的提法，如何將兩者更好地結合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)值得關(guān)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(shí)現高的控制性能的同時(shí)，又能簡(jiǎn)化控制的復雜性，相信這是今后研究的一個(gè)熱點(diǎn)。