采用变压器次级辅助绕组的软开关PWM三电平变换器

摘要：提出一种新型的ZVZCSPWM三电平直流变换器，在变压器的次级侧附加一个辅助绕组，整流得到的辅助电压，为滞后管创造零电流条件，较好地解决了滞后管轻载下软开关难的问题。新的主电路拓扑减小了高压下功率器件的电压应力。分析了各时段的工作原理，并提供了设计参考和实验结果。

关键词：三电平变换器；零压开关；零流开关；移相脉宽调制

1 引言

随着科技的发展，谐波污染问题越来越引起人们的关注，有源功率因数校正（APFC，Active Power Factor Correction）技术是解决谐波污染的有效手段。而三相功率因数校正变换器的前级输出直流电压一般为760～800V，有时甚至高达1000V，这就要求提高后级变换器开关管的电压定额，但是，很难选择到合适的开关管^[1]。另外，高频化也是变换器发展的方向，但是随着开关频率的提高，开关损耗也成比例地增加。本文提出了一种新颖的ZVZCSPWM三电平变换器，使开关管承受的电压应力为输入直流电压的一半，并使开关损耗减小，从而较好地解决了上述两个问题，克服了文献^[2]－[3]中所提出的ZVZCS三电平变换器的部分缺点，其主电路如图1所示。它采用移相控制，其中C₁和C₂是分压电容，其容量相等，并且很大，均分输入电压V_in，即V_C1=V_C2=V_s=V_in/2。L_k是变压器初级漏感，D₅，D₆是箝位二极管，S₁和S₄是超前管，C₃和C₄分别是S₁和S₄的并联电容，S₂和S₃是滞后管。C_ss为联接电容，分别将两只超前管和两只滞后管的开关过程连接起来。C_h是维持电容，它使初级电流复位，从而实现滞后管的ZCS，并防止初级电流ip反向流动。L_f是输出滤波电感，C_f是输出滤波电容，R为负载。

图1 主电路拓扑

2 工作原理及软开关效果

ZVZCSPWMTL直流变换器有9个工作模式，对应的工作波形如图2所示。

图2 工作波形图

在分析工作模式前作如下假设：

1）所有开关管、二极管均为理想器件；

2）所有电感、电容均为理想元件；

3）电容C_ss足够大，稳态工作时，C_ss的电压恒定为V_in/2；

4）输出滤波电感L_f足够大，其电流为输出电流I_o，可以认为是一个恒流源；

5）C₃=C₄=C_r。