軟開關(guān)三電平脈寬調(diào)制降壓型直流變換器的研究.pdf

1、小型化、輕型化是電力電子裝置的重要發(fā)展方向，提高開關(guān)頻率有助于這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。開關(guān)頻率上升，開關(guān)損耗隨之增加，散熱成本相應(yīng)加大，變換器效率很難得到提高。軟開關(guān)技術(shù)和三電平技是可以提高開關(guān)頻率減小開關(guān)損耗的兩種新型技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)有利于減小開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的開關(guān)損耗。三電平技術(shù)可以使輸出實(shí)現(xiàn)倍頻。將二者結(jié)合起來，充分利用它們的優(yōu)點(diǎn)，可以最大限度地提高變換器的性能。
　　 本文首先分析了兩種三電平Buck變換器的工作原理，推導(dǎo)了連續(xù)

2、導(dǎo)電模式、斷續(xù)導(dǎo)電模式下的輸入輸出關(guān)系和臨界導(dǎo)電模式邊界條件。兩種三電平Buck變換器的開關(guān)及二極管的電壓應(yīng)力為電源電壓的一半，濾波電感電流和濾波電容電壓頻率為開關(guān)頻率的兩倍。共地型三電平Buck變換器的電源支路損耗在占空比小于0.5時(shí)為非共地型的兩倍，占空比大于0.5時(shí)小于兩倍。隔直電容的損耗為分壓電容的四倍。非共地型三電平Buck變換器由于損耗小而得到廣泛應(yīng)用。
　　 然后介紹了由零電壓多諧振技術(shù)與非共地三電平技術(shù)結(jié)合得到的

3、典型零電壓多諧振三電平Buck變換器。詳細(xì)分析了變換器的主要工作原理，推導(dǎo)了諧振狀態(tài)下各諧振元件的物理量。該變換器中主開關(guān)和續(xù)流二極管都工作在零電壓狀態(tài)。開關(guān)電壓應(yīng)力與傳統(tǒng)準(zhǔn)諧振變換器相比大大減小。兩個(gè)軟開關(guān)單元解耦，相互獨(dú)立工作。但是諧振電感一直工作，通態(tài)損耗大。變換器以調(diào)頻方式工作，不利于濾波電感和濾波電容參數(shù)設(shè)計(jì)。
　　 針對(duì)零電壓多諧振三電平Buck變換器的不足之處，提出一種由零電流零電壓開關(guān)單元和非共地三電平單元結(jié)合而

4、成的零電流零電壓三電平PWM Buck變換器。分析了零電流零電壓三電平PWM Buck變換器的工作原理，推導(dǎo)了各模態(tài)諧振元件的物理量和軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件。由分析可知所有半導(dǎo)體器件均實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)工作。主開關(guān)為零電流開關(guān)工作，輔助開關(guān)為零電壓開關(guān)工作。續(xù)流二極管工作在零電流導(dǎo)通，零電流零電壓關(guān)斷。輔助開關(guān)電壓應(yīng)力比零電壓多諧振三電平Buck變換器開關(guān)的電壓應(yīng)力低。諧振電感并非一直導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間比零電壓多諧振三電平Buck變換器諧振電感的導(dǎo)通時(shí)間

5、短，損耗減小。零電流零電壓三電平PWM Buck變換器以PWM方式工作，開關(guān)頻率恒定，通過調(diào)節(jié)開關(guān)占空比調(diào)節(jié)輸出電壓。但是輔助開關(guān)電壓應(yīng)力高于電源電壓，諧振電感導(dǎo)通時(shí)間仍然較長(zhǎng)，損耗也較高。
　　 最后，針對(duì)零電流零電壓三電平PWM Buck變換器的缺陷，提出了一種由零電流開關(guān)單元和三電平技術(shù)組成的零電流三電平PWM Buck變換器。分析了其工作原理，推導(dǎo)了輸入輸出電壓關(guān)系及軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件，給出了諧振參數(shù)和濾波參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。該