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一种新型的零电压零电流三电平变换器的研究

发布时间:2020-07-21 17:56:36 阅读: 来源:声卡厂家

摘要:针对采用IGBT的软开关三电平变换器中IGBT关断过程存在的电流拖尾现象,以及基本三电平拓扑变压器次级存在的电压过冲和电压振荡现象,提出了改进型ZVZCS三电平结构。该结构在基于拓扑的三电平桥臂侧和两电平桥臂侧分别加入了一个无源辅助网络,三电平桥臂侧的辅助变压器在续流阶段为主变压器初级电流回零提供了条件,两电平桥臂的谐振电感和箍位二极管有效地抑制了主变压器次级电压的过冲现象。详细分析了改进拓扑的工作原理、工作模态,以及辅助网络的工作特点,并研制了实验样机,验证了理论分析的正确性以及改进拓扑的可行性。关键词:三电平变换器;ZVZCS;辅助网络;IGBT0 引言 随着电工领域各种技术的全面发展,人们根据电源的应用场合,对电源提出了高压大功率、高次级频化等的要求越来越强烈。多电平变换器也就是在这种背景下成为高压大功率变换研究的热点。其中三电平(Three Level)变换器最大的优点是可以降低开关管的电压应力,因此适用于输入和/或输出电压较高的场合。而有些变换器如Buck,Boost,BLlck—Boost,Cuk,Sepic,Zeta等TL变换器还可以大大减小储能元件如电感、电容的大小,从而改善变换器的动态性能,减小体积重量。 本文基于IGBT器件自身的特点,提出了新型的ZVZCS全桥三电平DC—DC变换器。对这种新型变换器的工作原理、电路工作模式、软开关的实现以及各个阶段的电路变量参数表达式进行深入的研究。从而探讨提高开关电源的效率、减小体积提高功率密度,减小开关管电压应力,实现高压大容量等实际应用问题。1 主电路拓扑及原理分析 在本文中,主要的研究对象是传统的ZVZCS全桥三电平DC—DC变换器,所采用的开关器件是IGBT。IGBT是一种复合器件,关断时的电流拖尾导致较大的关断损耗,如果在关断前使它的电流降为零,则可以显著地降低开关损耗,另外变压器次级整流二极管两端电压存在电压过冲及振荡现象。 本文提出的拓扑,保留了基本ZVZCS三电平变换器的优点,即斩波管与超前管能在很宽的负载范围内实现ZVS。并且提出了一种新方法来实现两电平桥臂开关管的ZCS,即在三电平桥臂一侧加入无源辅助网络。同时,通过在两电平桥臂一侧加入无源辅助网络,有效抑制了变压器次级整流二极管的电压振荡和电压尖峰。 图1所示的电路为改进拓扑的主电路图,即具有双边无源辅助网络的ZVZCS三电平直流变换器的主电路。

本文引用地址:

改进拓扑的每半个工作周期有11个工作模态,此处只对前半个工作周期的工作模态进行分析,后半个周期与前半个周期相类似,此处不再赘述。图2为改进拓扑的主要工作波形。

分析之前,先做如下假设:所有的开关管和二极管均为理想元件;所有的电容和电感均为理想器件且C1=C2=C3=C4=Cr;分压电容Cd1,Cd2和飞跨电容Css认为是一个恒压源,电压值为Uin/2;输出滤波电感Lf在一个开关周期内,可以将输出电流认为是一个恒流源。

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