一种新颖的零电压开关PWM三电平直流变换器

Ｑ 及Ｑ 的驱 动信号 的死 区 时间 ＞ 。在这 川
段 时 间里 ， 变 压器 的漏感 发生 谐振 ， Ｃ 和 ｉ 速 下 迅
原 副边 绕组 电 压 均 为 零 ， 此 电源 电压 直 接 加 在 因
Ｌ 两 端 ｍ 线性 下降 。Ｃ 和变 压器 的漏 感谐 振 ， 但
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第 ３ ３卷
（ ） 主 电 路 ａ
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要求 越 来 越 高 ， 别 是对 功 率 因数 的 要求 越 来 越 特 高 ， 中 ， 三 相功 率 因数 校正 后 电路输 出 电压可 其 经
达 ７ ０ ８ ０Ｖ∞ ， 至 更 高 ， 样 对 后 级 直 流 变 换 ６ ～ ０ 甚 这 器 的 要 求 增 加 。 果 将 三 电平 技 术 应 用 于 直 流 变 换 如 器 中 ， 开 关 管 电 压 应 力 降 为 输 人 直 流 电 压 的 一 则 半 ＿。在此基 础上 ， 者研 究 了由 Ｂｒｉ 授提 出 】 ］ 作 ａｂ 教 的 零 电 压 开 关 三 电 平 （ ｅｏ ｖ ｌ ｇ ｗ ｔｈｎ Ｚ ｒ ｏｔ ｅ ｓ ｉ ｉｇ ａ ｃ ｔｒｅｌｖ ｌ 以 下 简 称 Ｚ ｈ ｅ ｅｅ， ＶＳＴＬ） 流 变 换 器ｕ ， 直 ｊ 提 出 了带 箝 位 二 极 管 的 Ｚ ＶＳＴ 流 变 换 器 Ｌ 。 变 Ｉ直 ３该 Ｊ 换器 既可实 现开关 管的零 电压开 关 ， 以提 高 开 关 频 率 ， 小 变换 器 的体 积 重量 ， 可 消除副边 整 流 二 减 叉 极 管 的 电 压 尖 峰 “ ， 高 了变 换 效 率 。进 一 步 研 究 ］提
Ｕ
键 脉 开 箝 学美ｍ词 ： 桩 嚣 ； 宽 调 制 ； 差 ； 拉 电 路 变
＆ 中国 丹娄 号 ： ＴＭ４ ６
文 献标 识 码 Ａ
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Ｃ 为两 个分压 电容 ， 容 量相等 且很 大 ， 其 因而可 认
引 一言 报
随着 电 力 电 子 技 术 的 发 展 ． 电能 变 换 装 置 的 对
唪 。 此 基 硅 上 ， 置提 出 了一 种 断 颛 的 Ｚ Ｓ， 直流 变换 嚣 这 种 变 捶 嚣将 原 电路 进 行 简 化 ． 在 奉 Ｖ ｒ Ｌ 击捧 了其 申 的 两
个 续流 二 极 管 ． 遮 到 与 原 电 路 同样 的鼓 果 。文 中分 析 了谊 电 路 的 工 作 原 理度 实 现 卓 电压 开 关 的 措 施 ． 出 了 可 耸 ６ ０Ｗ 实验 样机 的 实罩 验 证 蛄 果 ， 对 谊 变换 嚣的 特 点 作 了简 单 总 结 ０ ｝ 并
管 Ｄ 输 出 滤波 电感 工 ｍ、 ｈ输 出滤波 电容 ｃ 和 负载 ｆ
Ｒ 回到 ， 负 端 。 ， 以的
（） ２ 开关模态 ｌ ， ］见 图 ２ｂ ） ［ ｔ（ ｒ （ ）
（ ） ｆ 刻 ａ ０时
在 ｔ 时刻关 断 Ｑ－ 从 Ｑ ｏ ， 转移 到 ｃ 和 支
ｆ时刻 之前 ， Ｑ 。 Ｑ ， 导 通 ， 边 电 流 ｉ 电 源 原 由 路 中 ， Ｃ 充 电 ， 时 通 过 Ｃ 给 Ｃ 放 电 … ａ 的 给 同 ４ Ｃ
为 ／ ２的 电 压源 ；
发现 ， 电路 还 可 以继续 改 进 ， 该 若将该 电路 中的两 只续 流二 极 管 去掉 ， 以实 现与 原 电路 相 同 的效 可
果。
１ 工 作原 理
该 变 换 器 主 电 路 如 图 １ ａ 所 示 。 电 容 （）
收稿 日期 ： ０ １ ０ － ７ 修 订 日期 ： ０ １０ － ５ ２ ０ － ３０ ； ２ ０ －５ １
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（） 主要渡形 ｂ 图 １ 主 电路 及 主 要波 形
⑤ 变压器 仅存在很 小 的蒲感 。
图 ２给 出 了 变 换 器 在 不 同 开 关 状 态 下 的 等 效 电路 ， 们 的 工 作 情 况 描 述 如 下 。 它
电容
用 来将 两 对开 关 管 的开 关过 程连 接起
来 ， 换 器 稳 态 工 作 时 ， 容 Ｃ 上 的 电 压 恒 定 为 变 电
／ ，电路采用 相移 Ｐ ２ ＷＭ 控制 方式 ， 过调节移 通 相 角 大 小 来 调 节 输 出 电 压 。 图 ｌ ｈ 给 出 了 这 种 ］ （） 控 制方式 下该变 换器的 主要工作 波形 面分析该 下 电路的工作 原理 。
和
作者 简 介 ： 太 宇 ， ， 师 ，９８年 ７月生 ｜ 许 女 讲 １６ 阮新 波 ． ． 教 授 ，９ ０年生 ； 仰 光 ， ， 授 ，Ｉ ￣ 导 师 ，９ ５年 生 男 副 １７ 严 男 教 ｌ￣ ｋ ｌ １３
。
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京
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空
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第６ 期
许 大 字 ． ： 种 新颖 的 零 电 压 开关 Ｐ Ｍ 三 电平 直 流变 换 器 等 一 Ｗ
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电 。 这 样 滤 波 电感 电 流 一 部 分 给 ｃ 放 电 ， 余 部 其 分 折 算 到 原 边 给 Ｃ ， 放 电 。 由于 Ｄ。 箝 位 作 Ｃ 克 的 用 ， 两 端 电 压 为零 ． 将 维 持不 变 ， 高 于 ｉ Ｌ 其 的
．
降。 由于 Ｄ 的导通 ， Ｌ 的 电压 箝 于零 ， 而 厶 使 因
的电流 ｎ仍 基本 维持不变 。 的 电流是 ｉ ｉ Ｄ 中 与
的差值 。
ｉ 下 降 速度 比 ｉ 慢 ， ｔ Ｌ 到 ｔ时刻 ， 一“ ， 二极 管 Ｄ ９
自然 关 断 。
（） ６开关模态 ｓｔ，］ 见图 ２ｆ） ｉ ￡（ ｓ （ ）
许 大字
（ 城工 学 院 电 气 系 盐 域 ． ２ ０ ３ 盐 ２４０）
如 盯 南 ０
京№
航
摘 空 要
阮新 波
严 仲 光
南 京 ，１ ０ ６ ２ ０ １）
（ 京 航空 航 天 大 学航 空 电源 重 点 实 验室 南
在 直流 变挺 嚣 申 ． 用 三 电 平技 术 可 将 输 入 直 流 电压 减 半 后加 至 开 关 管上 ， 而 战 小 了开 关 管上 的 电 采 从
在一 个 开关 周期 中 ， 变换 器 有 ｌ 该 ８种 开 关 状
态 分 折 前 作 如 下 假 设 ：
① 所有 电感 、 容、 关 管及 二极 管 均 为理 想 电 开 元 件 （ 流 二极 管除 外 ， 将 它看 作 为一 个 理想 二 整 可
极 管和一个 电容的并 联 ） ； ② Ｃｌ ４ ， ２ ３ ； ＝Ｃ ＝Ｃ Ｃ ＝Ｃ ＝Ｃ ⑨Ｌ》Ｌ／ ， 为变压 器原副 边 匝 比｛ Ｋ Ｋ ④ 电 容 Ｃ Ｃ ｚ 大 且 相 等 ， 看 作 两 个 电 压 ¨ 很 可
压应 力 ， 剐 连 用 于 高堵 ＾ 电 压 场合 。 带藉 住 二极 管 的 零 电压 开 关 三 电平 （ ＶＳＴＬ 直流 变换 蓦既 可 实 现 卓 电 特 而 Ｚ ）
压 开关． 可有效消 除刮边整流 电压尖 航０ 天盯 大一 又 可保证开 曼管电压应力为输入直流电压的一半 由于箝位二极 管的作用 ，
继续 下 降 ， ｔ时刻 ． 下 降至零 ， 到 ｓ ｔ Ｄ ，
然关断 ， Ｑ 及 Ｑ 中将 流 过 电 流 。
Ｔ ，
（） 关模 态 ３ｔ， ］见 图 ２ｄ ） ４开 Ｉ。 ｓ（ （）
￡ 时 刘 关 断 Ｑｚ 由 Ｑ ： ， 转 到 Ｃ ， 支 路 ， Ｃ 给
ｃｚ充 电 ， 时 通 过 给 ｃ 放 电 ， 同 ｃ：和 ｃ。的 存 在
正 经 Ｑ ， Ｌ 及 变压 器 原边绕 组 ． Ｑ ，ｒ 最后 回到 电源 负。副边 电流 回路 是 ： 剐边绕组 Ｌ 的正端 ， 整流 经
存 在使 Ｑ－ 电压 关断 。 零 随着 Ｃ ， 的充放 电 ， 。ａ 副边 电 压 下 降 ， 关 断 的整 流 管 Ｄ 绐 艇的结 电 容 Ｃ Ｒ放 Ｄ
间里实 际在和 Ｃ ． ｓ 振工 作 ， 和 电容 ，ｃ的 ２Ｃ 谐 ｉ Ｌ 口
电 压 分 别 为
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（ ）一 ＺＰ】ｉｔ （ ￡ Ｉｓｎｏ ｔ一 ） 】
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部 分经 Ｄ 分 流 。 过 程 中 ， 波 电感 电 流 可 看 作 一 此 滤
恒 流 源
该 模 态 进 一 步 等 效 如 图 ３所 示 。 图 中 ， 为 Ｃ 副边 整流二极 管 Ｄ 的 结 电 容 Ｃ 折 算 至 原 边 的 等 效 电容 ， 为折 算 至原边 的滤 渡 电感 电流 ， 即 如 亦
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该模 态结 束 该模 态 的时间为
Ｔ， ，
（） ５开关模 态 ４ ，］ 见 图 ２ｅ ） ［ ｔ（ （）
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（ ＣⅢ ＋ Ｃ ｎ ２ ）
Ｌ） ３ 开关模 态 ２ｃ， ］ 见囤 ２ｃ１ ［、 ｔ（ （１
时蓟， Ｄａ自然 导 通 ， Ｑ 的 电 压 箝 于 零 ， 将 此 时 可零 电 压 开 通 Ｑｓ但 Ｑａ 不 流 过 电 流 ， 由 Ｄ ． ， 并 。 Ｄ 流 通 Ｑｚ Ｑａ 动 信 号 之 间 的 死 区 时 间 （ ｔ 及 驱 Ｄ 通 后 ， 通 Ｑ ， 是 零 电 压 开 通 ， 时 导 开 Ｑ 这 Ｑ 虽 然 被 开 通 ， 并 没 有 电 流 流 过 ． 但 ｉ 由 Ｄ 流 过 。 ＞， 选 段 时 间 里 ， 于 Ｄ 同 时 导 通 ， 压 器 由 ， 变