專利名稱：具有雙邊無源輔助網絡的zvzcs三電平dc-dc變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及三電平DC-DC變換器，具體涉及ZVZCS三電平DC-DC變換器。
背景技術：
隨著電力電子應用技術的發展，要求電力轉換裝置向體積小、重量輕、容 量大、效率高的方向發展。為達到上述要求，需要提高開關頻率，從而實現高 的功率密度。為了降低隨開關頻率增加而增大的開關損耗，開關模式的變換器 技術從傳統的變換器發展到了各種諧振式變換器和多種軟開關式變換器。其 中，軟開關技術被認為是克服傳統變換器缺陷的最有效的方式。
常用的單端電路和橋式電路在高壓、大功率的工作場合顯得力不從心，開 關管兩端承受的電壓為輸入電壓，所以開關管的選擇受到較大的限制；高電壓 MOSFET開關管可選范圍小、價格高且通態電阻和導通損耗較大，使變換器的 效率降低。而采用三電平拓撲可以把開關管的工作電壓減低到輸入直流母線電 壓的一半，有效地降低開關管兩端的電壓應力，并能夠減小輸出電壓的諧波， 但傳統的三電平變換器存在著整流二極管兩端產生電壓振蕩、電壓過沖，使整 流二極管承受電壓尖峰，易損壞的問題。
發明內容
本發明為了使三電平變換器能夠工作在高壓、大功率的場合，解決傳統的 三電平變換器整流二極管兩端存在電壓振蕩、電壓過沖、易損壞的問題，而提 出的具有雙邊無源輔助網絡的ZVZCS三電平DC-DC變換器。' '
具有雙邊無源輔助網絡的ZVZCS三電平DC-DC變換器，它包括第一分 壓電容、第二分壓電容、第一二極管至第十二極管、第一開關管至第六開關管、 第一電容至第七電容、第一電阻、飛跨電容、主變壓器、第三電感和濾波電感；
第一分壓電容的一端同時與正電壓端、第一開關管的集電極、第一二極管的陰 極、第一電容的一端、第五開關管的集電極和第五二極管的陰極相連；第一分 壓電容的另一端同時與第二分壓電容的一端、第七二極管的陽極和第八二極管 的陰極相連；第七二極管的陰極同時與第二開關管的集電極、第一開關管的發 射極、飛跨電容的一端、第一二極管的陽極、第二二極管的陰極、第一電容的另一端和第二電容的一端相連；第八二極管的陽極同時與飛跨電容的另一端、 第三開關管的發射極、第四開關管的集電極、第三二極管的陽極、第四二極管 的陰極、第三電容的一端和第四電容的一端相連；第二開關管的發射極同時與 第三開關管的集電極、第二二極管的陽極、第三二極管的陰極、第二電容的另 一端和第三電容的另一端相連，第二分壓電容的另一端同時與負電壓端、第四 開關管的發射極、第四二極管的陽極、第四電容的另一端、第六開關管的發射 極和第六二極管的陽極相連；第六開關管的集電極同時與第六二極管的陰極、 第五開關管的發射極、第五二極管的陽極和主變壓器的原邊的非同名端相連； 主變壓器的原邊的同名端通過第三電感與第二電容器的另一端相連；主變壓器 的副邊繞組的非同名端同時與第十二極管的陽極和第六電容的一端相連；第十 二極管的陰極同時與第六電容的另一端、第五電容的一端、第九二極管的陰極 和濾波電感的一端相連；第五電容的另一端同時與第九二極管的陽極和主變壓 器的副邊繞組的同名端相連，濾波電感的另一端同時與第七電容的一端和第一 電阻的一端相連，第七電容的另一端同時與第一電阻的另一端、主變壓器的副 邊繞組的中間抽頭相連；它還包括三電平側的輔助網絡和二電平側的輔助網 絡；三電平側的輔助網絡由具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器、第一輔助 二極管和第二輔助二極管組成；二電平側的輔助網絡由諧振電感、第一鉗位二 極管和第二鉗位二極管組成；具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器的原邊的
非同名端與第三電感的另一端相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器的 原邊的同名端同時與第一鉗位二極管的陽極、第二鉗位二極管的陰極和諧振電 感的一端相連；諧振電感的另一端同時與第一輔助二極管的陽極、第二輔助二 極管的陰極、第二開關管的發射極、第三開關管的集電極、第二二極管的陽極、 第三二極管的陰極、第二電容的另一端和第三電容的另一端相連；第一輔助二 極管的陰極與具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器的第一副邊的非同名端 相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器的第一副邊的同名端同時與第七 二極管的陰極、第二開關管的集電極、第一開關管的發射極、飛跨電容的一端、 第一二極管的陽極、第二二極管的陰極、第一電容的另一端和第二電容的一端 相連；第二輔助二極管的陽極與具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器的第二 副邊的非同名端相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器的第二副邊的同名端同時與第八二極管的陽極、飛跨電容的另一端、第三開關管的發射極、第 四開關管的集電極、第三二極管的陽極、第四二極管的陰極、第三電容的一端
和第四電容的一端相連；第一鉗位二極管的陰極同時與第一分壓電容的一端、 第一開關管的集電極、第一二極管的陰極、第一電容的一端、第五開關管的集 電極和第五二極管的陰極相連；第二鉗位土極管的陽極與第二分壓電容的另一 端、第四開關管的發射極、第四二極管的陽極、第四電容的另一端、第六開關 管的發射極和第六二極管的陽極相連。
本發明能較好地實現三電平橋臂開關管的零電壓開關和兩電平橋臂開關 管的零電流開關，有效地抑制整流二極管兩端的電壓振蕩和過沖現象的發生， 改進的雙邊無源輔助網絡沒有采用有源元件，且引入的元件損耗小，提高了變 換器的效率，本發明在滿載時工作效率可以達到85.64%。三電平側的輔助網 絡的主要作用是為變壓器原邊實現零電流提供條件。二電平側的輔助網絡由兩 個鉗位二極管DC1、 DC2以及諧振電感Lr組成，利用諧振電感與輔助二極管 結電容實現整流二極管的零電壓開關，從而抑制其兩端的電壓過沖。諧振電感 Lr與三電平橋臂相連，使鉗位二極管在一個周期的部分時間內導通，減小了 通態損耗，提高了變換器的效率。
圖1為本發明的電路原理圖；圖2為本發明主要工作波形圖；圖3為開關 模態0的電路原理圖；圖4為開關模態1的電路原理圖；圖5為開關模態2 的電路原理圖；圖6為開關模態3的電路原理圖；圖7為開關模態4的電路原 理圖；圖8為開關模態5的電路原理圖；圖9為開關模態6的電路原理圖；圖 10為開關模態7的電路原理圖；圖11為開關模態8的電路原理圖；圖12為 開關模態9的電路原理圖；圖13為開關模態10的電路原理圖；圖14為輔助 變壓器TA工作時的等效電路圖；圖15為輔助變壓器TA工作時的簡化電路圖； 圖16為在開通和關斷時，第一開關管Ql的工作波形圖，波形曲線1為在20V/ 格，10ps/格下第一開關管Ql的驅動信號波形，波形曲線2為在100V/格，IO一 格下第一開關管Ql的集電極與發射極之間的電壓波形；圖17為在開通和關 斷時，第二開關管Q2的工作波形圖，波形曲線1為在20V/格，1(His/格下第 二開關管Q2的驅動信號波形，波形曲線2為在100V/格，10^is/格下第二開關管Q2的集電極與發射極之間的電壓波形；圖18為主變壓器Tr的原邊電流Ip 與第五開關管Q5驅動電壓的信號波形圖，波形曲線1為在5A/格，5ps/格下 主變壓器Tr的原邊電流Ip的波形，波形曲線2為在10V/格，5ps/格下第五開 關管Q5驅動電壓波形；圖19為續流階段主變壓器Tr原邊電流與輔助變壓器 TA原邊電流的信號波形圖，波形曲線l為在2A/格，5p/格下主變壓器Tr原 邊電流波形，波形曲線2為在100V/格，5p/格下輔助變壓器TA原邊電壓波 形；圖20為整流二極管兩端的電壓波形圖；圖21為本發明的效率曲線圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式包括第一分壓 電容Cdl、第二分壓電容Cd2、第一二極管D1至第十二極管DIO、第一開關 管Q1至第六開關管Q6、第一電容C1至第七電容C7、第一電阻R1、飛跨電 容Css、主變壓器Tr、第三電感L3和濾波電感Lf;第一分壓電容Cdl的一端 同時與正電壓端、第一開關管Q1的集電極、第一二極管D1的陰極、第一電 容Cl的一端、第五開關管Q5的集電極和第五二極管D5的陰極相連；第一 分壓電容Cdl的另一端同時與第二分壓電容Cd2的一端、第七二極管D7的陽 極和第八二極管D8的陰極相連；第七二極管D7的陰極同時與第二開關管Q2 的集電極、第一開關管Ql的發射極、飛跨電容Css的一端、第一二極管Dl 的陽極、第二二極管D2的陰極、第一電容Cl的另一端和第二電容C2的一端 相連；第八二極管D8的陽極同時與飛跨電容Css的另一端、第三開關管Q3 的發射極、第四開關管Q4的集電極、第三二極管D3的陽極、第四二極管D4 的陰極、第三電容C3的一端和第四電容C4的一端相連；第二開關管Q2的發 射極同時與第三開關管Q3的集電極、第二二極管D2的陽極、第三二極管D3 的陰極、第二電容C2的另一端和第三電容C3的另一端相連，第二分壓電容 Cd2的另一端同時與負電壓端、第四開關管Q4的發射極、第四二極管D4的 陽極、第四電容C4的另一端、第六開關管Q6的發射極和第六二極管D6的 陽極相連；第六開關管Q6的集電極同時與第六二極管D6的陰極、第五開關 管Q5的發射極、第五二極管D5的陽極和主變壓器Tr的原邊的非同名端相連； 主變壓器Tr的原邊的同名端通過第三電感L3與第二電容C2的另一端相連； 主變壓器Tr的副邊繞組的非同名端同時與第十二極管D10的陽極和第六電容C6的一端相連；第十二極管D10的陰極同時與第六電容C6的另一端、第五 電容C5的一端、第九二極管D9的陰極和濾波電感Lf的一端相連；第五電容 C5的另一端同時與第九二極管D9的陽極和主變壓器Tr的副邊繞組的同名端 相連，濾波電感Lf的另一端同時與第七電容C7的一端和第一電阻R1的一端 相連，第七電容C7的另一端同時與第一電阻R1的另一端、主變壓器Tr的副 邊繞組的中間抽頭相連；它還包括三電平側的輔助網絡和二電平側的輔助網 絡；三電平側的輔助網絡由具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器TA、第一 輔助二極管DA1和第二輔助二極管DA2組成；二電平側的輔助網絡由諧振電 感Lr、第一鉗位二極管DC1和第二鉗位二極管DC2組成；具有一個原邊和兩 個副邊的輔助變壓器TA的原邊的非同名端與第三電感L3的另一端相連，具 有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器TA的原邊的同名端同時與第一鉗位二極 管DC1的陽極、第二鉗位二極管DC2的陰極和諧振電感Lr的一端相連；諧 振電感Lr的另一端同時與第一輔助二極管DA1的陽極、第二輔助二極管DA2 的陰極、第二開關管Q2的發射極、第三開關管Q3的集電極、第二二極管D2 的陽極、第三二極管D3的陰極、第二電容C2的另一端和第三電容C3的另一 端相連；第一輔助二極管DA1的陰極與具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓 器TA的第一副邊TA1的非同名端相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓 器TA的第一副邊TA1的同名端同時與第七二極管D7的陰極、第二開關管 Q2的集電極、第一開關管Ql的發射極、飛跨電容Css的一端、第一二極管 Dl的陽極、第二二極管D2的陰極、第一電容C1的另一端和第二電容C2的 一端相連；第二輔助二極管DA2的陽極與具有一個原邊和兩個副邊的輔助變 壓器TA的第二副邊TA2的非同名端相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變 壓器TA的第二副邊TA2的同名端同時與第八二極管D8的陽極、飛跨電容 Css的另一端、第三開關管Q3的發射極、第四開關管Q4的集電極、第三二 極管D3的陽極、第四二極管D4的陰極、第三電容C3的一端和第四電容C4 的一端相連；第一鉗位二極管DC1的陰極同時與第一分壓電容Cdl的一端、 第一開關管Ql的集電極、第一二極管Dl的陰極、第一電容Cl的一端、第 五開關管Q5的集電極和第五二極管D5的陰極相連；第二鉗位二極管DC2的 陽極與第二分壓電容Cd2的另一端、第四開關管Q4的發射極、第四二極管D4的陽極、第四電容C4的另一端、第六開關管Q6的發射極和第六二極管 D6的陽極相連。
本發明的工作原理
三電平側的輔助網絡作用是在環流階段使主變壓器原邊電流迅速并可靠 回零，實現兩電平橋臂開關管的零電流關斷。二電平側的輔助網絡作用是抑制 整流二極管兩端的電壓過沖。在分析電路的工作過程之前，作如下假設①所 有的開關管、二極管、電容、電感均為理想元件； Cl=C2=C3=C4=Cr;③分 壓電容Cdl、 Cd2和飛跨電容Css足夠大，可以認為是一個恒壓源，電壓值為 Uin/2;④輸出濾波電感Lf足夠大，因此在一個開關周期內可以將輸出電流認 為是一個恒流源；⑤變壓器采用簡化電路來分析，忽略變壓器線圈匝間電容； ⑥n產N"N2， n2=N3:N40
本發明所述變換器每半個周期內有11個工作模態，電路的主要波形如圖2 所示。下面對各個工作模式進行分析。
(1)模態0[trt]
如圖3所示，to時刻，關斷第一開關管Q1，原邊電流ip通過飛跨電容Css 給第一電容C1充電，第四電容C4放電。由于第一電容C1兩端電壓上升，則 A點電位下降，主變壓器Tr原邊電壓下降，輸出濾波電感Lf電流的一部分給 第十整流管D10的結電容第五電容C6放電，其余部分反射到主變壓器Tr原 邊給第一電容C1充電，并給第四電容C4放電?？梢缘玫降谝浑娙軨1兩端的 電壓以及主變壓器Tr原邊電流值的表達式。
公式1和2中，參數叫為模態0的諧振頻率，參數Co為整流二極管結電 容折算到主變壓器Tr原邊的值，且
h時刻，第一電容Cl兩端電壓上升到Uin/2，第四電容C4兩端電壓下降 到零。此模態持續時間為
<formula>formula see original document page 9</formula>
(2)模態1[t廣t2]如圖4所示，t2時刻，第六電容C6放電結束，u③(t)為Uin/2。可以得 到主變壓器Tr原邊電流值的表達式如公式5所示。
V》
公式5中，參數^為模態1的諧振頻率，
=I 1
siii )+[々")-/o1 ] cos ^ (/-/,) + Jo1
公式
此模態持續的時間為
f7 =--arctg
必'
(3) 模態2[t2 t3]
如圖.5所示，此時段內，原邊電流保持不變，為t2時刻的電流ip(t2)。此
電流一直保持到t3時刻，此刻第二開關管Q2關斷。此時段內只有第一輔助二 極管DA1導通。設流過Lr的電流為b(t)，則模態2過程中
^(0 = ^(0 = /。！ . 公式8
(4) 模態3[t廣t4]
如圖6所示，t3時刻，關斷第二開關管Q2。通過飛跨電容Css，第二電容 C2充電，第三電容C3放電。隨著充放電過程的進行，主變壓器Tr兩端的電 壓逐漸下降，導致主變壓器Tr的副邊電壓下降，第五電容C5再次放電。14時 亥ij，第二電容C2兩端電壓升到Uin/2，第三電容C3兩端電壓下降至零。通過 計算可以得到，
公式6
公式
'ol
-+-
-cos幼
公式9
公式9中，參數《3為模態3的諧振頻率，Ceq為輔助變壓器等效電容。
(5)模態4[t4~t5〗
如圖7所示，t4時刻，第二電容C2兩端電壓升至Uin/2，輔助變壓器TA 的第一副邊繞組TA1開始通過飛跨電容Css和第一輔助二極管DA1續流。主 變壓器Tr的原邊電流開始下降，同時第十二極管D10導通，由于其結電容已 經在上一模態中放電結束，所以第十二極管DIO自然導通，主變壓器Tr副邊 被短路，主變壓器Tr原副邊電壓均為零。此時間段內，輔助變壓器第一副邊 繞組TA1兩端的電壓Uin/2反射到輔助變壓器原邊，使輔助變壓器原邊Ta兩端的電壓為Uin/2n2，正是這個電壓為主變壓器原邊電流的回零提供復位電壓。 原邊電流ip(t)以如下規律變化，
""")-^fey"4) 絲10
(6) 模態5[t5 t6〗
如圖8所示，ts時刻，ip(t)下降至零，電路保持零電流狀態直至t6時刻關
斷第六開關管Q6。由于在關斷前，流過其的電流已經下降為零，所以第六開 關管Q6實現了零電流關斷。在第六開關管Q6關斷之前，第二開關管Q2關 斷之后，開通第三開關管Q3和第四開關管Q4，但是沒有電流流過。在這個 時段，主變壓器Tr原邊電流為零，副邊短路，濾波電感Lf續流。
(7) 開關模態6 [t6, t7]
如圖9所示，在關斷第六開關管Q6之后很短的時間內，開通第五開關管 Q5。由于主變壓器Tr原邊回路中存在電感Lr和L3，所以電流不能夠突變， 也就是第五開關管Q5實現了零電流開通。第五開關管Q5導通后，主變壓器 Tr原邊電流ip(t)反向增加，由于未能達到負載電流值，因此第十二極管D10
仍然同時導通。ip(t)以^的斜率負方向增加。t7時刻，ip(t)達到折算至原邊
的負載電流值，第九二極^D9關斷，第十二極管D10流過全部負載電流。
(8) 開關模態7 [t7, t8]
如圖10所示，第九二極管D9關斷后，Lr和L3與結電容第五電容C5諧 振工作，第五電容C5充電，ip(t)繼續增加
^ W = 4, + Cd叫sin叫- /9) [/, 公式11
公式11中，參數《9為模態9的諧振頻率。
ts時亥lj，第五電容C5兩端的電壓達到一定值，主變壓器Tr原邊的電壓為 Uin,第八二極管D8導通。
(9) 開關模態8 [t8, t9]
如圖11所示，ts時刻，第八二極管D8導通，由于此時輔助變壓器TA第 二副邊N3'被第三開關管Q3短路，所以輔助變壓器TA兩端電壓為零。第八 二極管D8將主變壓器Tr兩端電壓鉗位到Uin。第八二極管D8導通后，UD8
從Uin降至零，iD8(t)上升且大于負載原邊電流折算值。在這段時間內，ip(t)反 向增加，濾波電感Lf電流線性增加，ip(t)也隨之反向線性增加，一^h) —公式12
t9時刻，im(t)與ip(t)之和等于負載電流原邊折算值時，iu(t)保持不變。
(10) 開關模態9 [t9， t1()]
如圖12所示，此時段的工作模態圖與模態8相同，但是電流變化規律不 盡相同。t9時亥lj，有
此時段內iD8(t)下降的斜率減小。tu)時刻，ip(t)反向增加到與iUt)相等，則
此時第八二極管D8關斷。
(11) 開關模態10[tu),t"]
如圖13所示，tu)時刻，第八二極管D8關斷，此后主變壓器Tr原邊電流 保持不變，為負載電流原邊折算值。tn時刻，關斷第四開關管Q4，電路工作 情況與模態0類似。
以上11個工作模態完成后，變換器半個工作周期的工作結束，下半個工 作周期與上半個工作周期工作情況相同。
三電平側輔助網絡分析-
加在三電平一側的輔助網絡的主要作用是為變壓器原邊實現零電流提供 條件。所用的器件是輔助變壓器TA以及兩個輔助二極管DA1、 DA2。輔助變 壓器TA的副邊繞組被分為兩個部分，分別并聯在三電平橋臂內側兩個開關管 兩端，即超前橋臂兩個開關管兩端。輔助變壓器TA的原邊繞組與主變壓器Tr 串聯。兩個整流二極管同時與副邊繞組串聯。
當關斷第二開關管Q2時，輔助變壓器TA工作的等效電路如圖14所示。
與之對應的變換器工作模態為前面敘述的模態3。將輔助變壓器部分(虛線框
部分)分離出來，可得到如圖15所示的簡化電路圖。針對分離出來的輔助變
壓器TA，通過對它的分析，可以得出固定的電路關系，此電路的可移植性較
強，有助于今后的再次應用。
對于分離出來的變壓器的部分器件重新定義，如圖15標注的所示。且設 虛線框部分兩端的總電壓為》。則可以根據電路列寫如下方程
T^"7^"2, 公式14
公式中，G為電容C和Css的串并聯值。對公式14求解可得
<formula>formula see original document page 13</formula>
由上式可以得出，虛線框部分可以等效為一個電容Ceq，即
<formula>formula see original document page 13</formula>
根據電路工作情況，將輔助變壓器簡化為等效電容，能夠減少電路計算的 復雜性，有助于更加清楚地分析電路工作情況。
當第二開關管Q2、第三開關管Q3導通的時候，并聯在其兩端的輔助變 壓器副邊被短路，輔助變壓器不起作用。而當關斷第二開關管Q2、第三開關 管Q3之后，輔助變壓器將副邊的電壓反射到原邊，為主變壓器原邊電流的歸 零提供條件，從而實現兩電平橋臂開關管的零電流關斷。
2、兩電平橋臂側輔助網絡分析
ZVZCS三電平變換器基本拓撲能夠實現三電平橋臂開關管的ZVS和兩電 平橋臂開關管的ZCS。而輸出整流管依然存在反向恢復問題，這會引起電壓振 蕩，輸出整流管要承受電壓尖峰，很容易損壞。本文提出的輔助網絡，能夠有 效地抑制輸出整流管兩端的電壓振蕩和電壓尖峰。輔助網絡由兩個鉗位二極管 DC1、 DC2以及諧振電感Lr組成，利用諧振電感與整流二極管結電容實現整 流二極管的零電壓開關，從而抑制其兩端的電壓過沖。
諧振電感與三電平橋臂相連，能夠有效地將主變壓器原邊兩端電壓鉗位在 Uin和-Uh，但是對主變壓器副邊整流后電壓為Uin/2ni的電壓振蕩沒有能夠有 效地抑制。若使諧振電感與兩電平橋臂相連接，則能夠將主變壓器原邊的電壓 鉗位在Uin、 -Uin、 Uin/2和-UJ2，可以消除整流二極管上的電壓振蕩。而本文 提出的方法使鉗位二極管在一個周期的部分時間內導通，減小了通態損耗，提 高了變換器的效率。雖然本文提出的方法不能夠有效地消除變壓器副邊整流后
電壓為Uin/2ni的電壓振蕩，但是這類振蕩不同于Uin和-Uin時振蕩得到的電壓
尖峰，不足以使整流二極管燒毀。 具體實施方式
二結合圖說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同點在于針對本發明所述的變換器，設計了一臺36V/8A，開關頻率為50kHz的實驗樣機。系統控制電路基于TI公司的TMS320F2812DSP，主要完 成了主功率開關管的驅動控制、對電源系統提供必要的保護及對電源系統閉環 時提供需要的運算處理。
實驗電路的主要電量參數為第一開關管Ql 第六開關管Q6選取的型號 為FGA25N120ANTD;整流二極管選擇的型號為MUR6060PT;輔助網絡二極 管DA1、 DA2、 DC1、 DC2均選取MUR860;選取n產N!:Nf39:7;諧振電感 Lr=80nH; n2=N3:N4=20:18;輸出濾波電感Lf=160|iH;輸出濾波電容C7=100pF。
從圖16、圖17中可以看出，在開通的時候，Ql和Q2的驅動信號分別在 其兩端電壓降為零之后變為高電平。在關斷的時候，由于IGBT兩端并聯的電 容，開關管兩端的電壓在Ql和Q2的驅動信號變為低電平后緩慢上升。開關 管Q4和Q3的工作情況與Ql和Q2類似，都能夠實現ZVS。圖18所示的為 主變壓器原邊電流Ip與兩電平開關管Q5驅動電壓之間的關系，而圖19則說 明了在續流階段輔助變壓器為Ip的歸零所提供的條件。從圖中可以看到，Q5 的驅動電壓在Ip下降為零后才變為低電平，并且Ip為零時變為高電平，實現 了零電流開關。在開關管Q6的工作情況與Q5類似，說明兩電平橋臂開關管 能夠實現ZCS。圖20所示的為整流二極管兩端的電壓波形，其值為主變壓器 副邊整流電壓的2倍。由于原邊諧振電感與鉗位二極管的作用，整流二極管兩 端的電壓過沖得到了有效的抑制。圖21所示為本發明的效率曲線。其它組成 和連接方式與具體實施方式
一相同。
權利要求
1、具有雙邊無源輔助網絡的ZVZCS三電平DC-DC變換器，它包括第一分壓電容(Cd1)、第二分壓電容(Cd2)、第一二極管(D1)至第十二極管(D10)、第一開關管(Q1)至第六開關管(Q6)、第一電容(C1)至第七電容(C7)、第一電阻(R1)、飛跨電容(Css)、主變壓器(Tr)、第三電感(L3)和濾波電感(Lf)；第一分壓電容(Cd1)的一端同時與正電壓端、第一開關管(Q1)的集電極、第一二極管(D1)的陰極、第一電容(C1)的一端、第五開關管(Q5)的集電極和第五二極管(D5)的陰極相連；第一分壓電容(Cd1)的另一端同時與第二分壓電容(Cd2)的一端、第七二極管(D7)的陽極和第八二極管(D8)的陰極相連；第七二極管(D7)的陰極同時與第二開關管(Q2)的集電極、第一開關管(Q1)的發射極、飛跨電容(Css)的一端、第一二極管(D1)的陽極、第二二極管(D2)的陰極、第一電容(C1)的另一端和第二電容(C2)的一端相連；第八二極管(D8)的陽極同時與飛跨電容(Css)的另一端、第三開關管(Q3)的發射極、第四開關管(Q4)的集電極、第三二極管(D3)的陽極、第四二極管(D4)的陰極、第三電容(C3)的一端和第四電容(C4)的一端相連；第二開關管(Q2)的發射極同時與第三開關管(Q3)的集電極、第二二極管(D2)的陽極、第三二極管(D3)的陰極、第二電容(C2)的另一端和第三電容(C3)的另一端相連，第二分壓電容(Cd2)的另一端同時與負電壓端、第四開關管(Q4)的發射極、第四二極管(D4)的陽極、第四電容(C4)的另一端、第六開關管(Q6)的發射極和第六二極管(D6)的陽極相連；第六開關管(Q6)的集電極同時與第六二極管(D6)的陰極、第五開關管(Q5)的發射極、第五二極管(D5)的陽極和主變壓器(Tr)的原邊的非同名端相連；主變壓器(Tr)的原邊的同名端通過第三電感(L3)與第二電容器(C2)的另一端相連；主變壓器(Tr)的副邊繞組的非同名端同時與第十二極管(D10)的陽極和第六電容(C6)的一端相連；第十二極管(D10)的陰極同時與第六電容(C6)的另一端、第五電容(C5)的一端、第九二極管(D9)的陰極和濾波電感(Lf)的一端相連；第五電容(C5)的另一端同時與第九二極管(D9)的陽極和主變壓器(Tr)的副邊繞組的同名端相連，濾波電感(Lf)的另一端同時與第七電容(C7)的一端和第一電阻(R1)的一端相連，第七電容(C7)的另一端同時與第一電阻(R1)的另一端、主變壓器(Tr)的副邊繞組的中間抽頭相連；其特征在于它還包括三電平側的輔助網絡和二電平側的輔助網絡；三電平側的輔助網絡由具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器(TA)、第一輔助二極管(DA1)和第二輔助二極管(DA2)組成；二電平側的輔助網絡由諧振電感(Lr)、第一鉗位二極管(DC1)和第二鉗位二極管(DC2)組成；具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器(TA)的原邊的非同名端與第三電感(L3)的另一端相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器(TA)的原邊的同名端同時與第一鉗位二極管(DC1)的陽極、第二鉗位二極管(DC2)的陰極和諧振電感(Lr)的一端相連；諧振電感(Lr)的另一端同時與第一輔助二極管(DA1)的陽極、第二輔助二極管(DA2)的陰極、第二開關管(Q2)的發射極、第三開關管(Q3)的集電極、第二二極管(D2)的陽極、第三二極管(D3)的陰極、第二電容(C2)的另一端和第三電容(C3)的另一端相連；第一輔助二極管(DA1)的陰極與具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器(TA)的第一副邊(TA1)的非同名端相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器(TA)的第一副邊(TA1)的同名端同時與第七二極管(D7)的陰極、第二開關管(Q2)的集電極、第一開關管(Q1)的發射極、飛跨電容(Css)的一端、第一二極管(D1)的陽極、第二二極管(D2)的陰極、第一電容(C1)的另一端和第二電容(C2)的一端相連；第二輔助二極管(DA2)的陽極與具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器(TA)的第二副邊(TA2)的非同名端相連，具有一個原邊和兩個副邊的輔助變壓器(TA)的第二副邊(TA2)的同名端同時與第八二極管(D8)的陽極、飛跨電容(Css)的另一端、第三開關管(Q3)的發射極、第四開關管(Q4)的集電極、第三二極管(D3)的陽極、第四二極管(D4)的陰極、第三電容(C3)的一端和第四電容(C4)的一端相連；第一鉗位二極管(DC1)的陰極同時與第一分壓電容(Cd1)的一端、第一開關管(Q1)的集電極、第一二極管(D1)的陰極、第一電容(C1)的一端、第五開關管(Q5)的集電極和第五二極管(D5)的陰極相連；第二鉗位二極管(DC2)的陽極與第二分壓電容(Cd2)的另一端、第四開關管(Q4)的發射極、第四二極管(D4)的陽極、第四電容(C4)的另一端、第六開關管(Q6)的發射極和第六二極管(D6)的陽極相連。
全文摘要
具有雙邊無源輔助網絡的ZVZCS三電平DC-DC變換器，它涉及三電平變換器。它為了使三電平變換器工作在高壓、大功率的場合，并解決傳統的三電平變換器整流二極管兩端存在電壓振蕩、電壓過沖、易損壞的問題提出。電壓源的正極同時與第一分壓電容的一端、第一、五開關管的集電極、第一、五二極管的陰極、第一電容的一端相連；電壓源的負極同時與第二分壓電容的另一端、第四、六開關管的發射極、第四、六二極管的陽極、第四電容的另一端相連；它還包括三電平側和二電平側的兩個輔助網絡；兩個輔助網絡的作用是為變壓器原邊實現零電流提供條件，抑制整流二極管兩端的電壓過沖。它具有輔助網絡簡單、開關損耗低、電壓過沖小、振蕩小及控制方式靈活等優點。
文檔編號H02M3/24GK101588130SQ20091007236
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者盧珍珍, 孫鐵成, 郭建輝, 郭志剛, 鐘貴烈 申請人:哈爾濱工業大學