采用变压器次级辅助绕组的软开关PWM三电平变换器

2.1 工作原理^[4][5]

模式1（t₀～t₁） t₀以前S₁已开通，t₀时刻S₂导通，此时v_ab=V_s=V_in/2。由于L_k的存在，i_p不能突变，所以S₂是零电流开通。i_p逐渐增加，但还不足以提供负载电流，D₇与D₈依然同时导通，变压器次级绕组被钳位在零电压，变压器辅助绕组上的电压也为零。初级电流如式(1)线性增加

i_p=t (1)

模式2（t₁～t₂） 在t₁时刻，i_p=nI_o(n=N₂/N₁)，初级开始为负载提供能量。辅助电路中的D₉导通，维持电容电压v_Ch开始充电上升。维持电容的电压和充电电流由式（2），式（3）给出

v_Ch(t)=n_aV_s[1－cos(ω_at)] （2）

i_ch(t)=－sin(ω_at) （3）

式中：Z_a=为谐振电路的特征阻抗；

ω_a=为谐振频率；

n_a=N₃/N₁为变压器辅助绕组与初级绕组的匝比，它小于变压器次级与初级匝比n=N₂/N₁的一半（忽略漏感和次级整流二极管的结电容间的寄生影响，以简化工作过程的分析）。

模式3（t₂～t₃） t₂时刻，L_k与C_h完成了半个谐振周期，V_Ch=2n_aV_s，电容C_h试图通过D_h放电，然而V_ChV_rec，所以D_h反偏。维持电容C_h保持电压不变，输出功率由主绕组承担。

模式4（t₃～t₄） t₃时刻S₁关断，i_p给C₃充电，C₃上电压逐渐上升，所以S₁是零电压关断。同时C₄放电，此时L_k和输出滤波电感L_f相串联，L_f一般很大，i_p近似不变，类似于一个恒流源，C₃电压线性上升，C₄电压线性下降。

v_C3(t)= （4）

v_C4(t)=V_s－ （5）

初级电压v_ab=v_C4，次级整流电压与初级电压下降的斜率相同。

模式5（t₄～t₅） t₄时刻次级整流电压下降到维持电容电压V_Ch，此时二极管D_h导通，整流电压随着维持电容电压变化（设C_h比C₃，C₄大得多），C_h开始为负载提供部分电流。因为漏感储能仍使C₃充电C₄放电，初级电压几乎按与先前同样的斜率下降，这意味着次级整流电压比初级电压下降得慢。初级电压与次级反射电压之差加在漏感上，初级电流i_p开始下降。折算到初级的简化等效电路如图3(a)所示，初级电流和电压以及次级电压为

i_p(t)=nI_ocos(ω_bt)＋nI_o （6）

v_ab(t)=sin(ω_bt)－ （7）

（a）模式5 (b)模式6 (c)模式7

图3 简化等效电路图

V_rec(t)=－sin(ω_bt)＋t＋2n_aV_s （8）

式中：ω_b=；

C_eq=C₃＋C₄。

模式6（t₅～t₆） t₅时刻，C₃的电压上升到V_s，C₄的电压下降到零，v_ab=0，此时D₄自然导通。D₄导通后，C₄的电压被箝在0，因此可零电压开通S₄，S₄与S₁驱动信号之间的死区时间应大于(t₅－t₃)。次级电压折算到初级后都加在漏感上，初级电流迅速下降。折算到初级的简化等效电路如图3(b)所示。初级电流和次级电压为

i_p(t)=I_acos(ω_ct)－sin(ω_ct)＋I_a （9）

v_rec(t)=nI_aZ_csin(ω_ct)＋V_acos(ω_ct) （10）

式中：Z_c=；

ω_c=；

i_p(t₅)=I_a；

v_rec(t₅)=V_a。