本发明专利技术的一种采用无源辅助网络的零电压开关半桥三电平直流变换器，包括直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）、分压电容电路（１）、三电平逆变桥臂（２）、谐振电感（３）、隔离变压器（４）、辅助电感（５）、辅助分压电容电路（６）、整流及滤波电路（７），还包括一个辅助绕组（Ｎ↓［３］），由辅助绕组（Ｎ↓［３］）、辅助电感（５）以及辅助分压电容电路（６）组成无源辅助网络。该直流变换器不仅实现了开关管的零电压开关，且为滞后桥臂开关管实现零电压开关提供的能量与负载电流相关，负载较重时，辅助电感中存储的能量较少，随着负载的减轻，辅助电感中存储的能量逐渐增加。因此一方面可以减小在负载较重时由辅助网络带来的损耗，另一方面在负载较轻时可以实现滞后桥臂开关管的ＺＶＳ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种零电压开关直流变换器，特别是一种零电压开关半桥 三电平直流变换器，属于电能变换装置中的直流变换器。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，对电能变换装置的要求越来越高，特别是对输入功率因素的要求越来越高。经三相功率因素校正(Power Factor Correction, PFC)后电路和输出一般可达到760-1000V，这就要求提高后级变 换器开关管的电压定额，而且，为了减小变换器的体积和重量，必需提高 开关频率，这就要求变换器要实现开关管的软开关，以减小损耗。零电压 开关(简称ZVS)半桥三电平直流变换器可以利用开关管的结电容和变压 器的漏感或谐振电感来实现开关管的零电压开关，且开关管的电压应用为 输入电压的一半。但由于变压器漏感一般较小，在轻载时其能量不足以实 现滞后桥臂的ZVS，此时变换器效率较低。为了在轻载时实现滞后桥臂的ZVS，可以增加变压器漏感或者串联谐 振电感，但会增加次级有效占空比的丢失，使变压器匝比减少而导致开关 管电流应力和整流二极管电压应力增加。为了减小漏感或串联谐振电感， 提高次级有效占空比，加入辅助网络成为一种趋势。有文献通过增加了一 个无源辅助网络，利用辅助电感电流帮助滞后桥臂实现ZVS，但是辅助电 感电流恒定不变，满载时，谐振电感中存储的能量已经可以实现滞后桥臂 的ZVS，辅助能量是存在一定损耗的。以上的各种方法在不同的程度上实现了滞后桥臂的ZVS，但是它们存 在一个共同的问题，即实现滞后桥臂ZVS的辅助能量基本不变且和负载电流无关。满载时，谐振电感中储存的能量已经可以实现滞后桥臂的zvs，辅助能量是存在一定损耗的，从而降低了效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述变换器的缺陷，设计一种能在较宽负载范围内实现了滞后桥臂开关管的zvs，还可以在较宽的负载范围里实现高的变换效率采用无源辅助网络的零电压开关半桥三电平直流变换器。 本专利技术的采用无源辅助网络的零电压开关半桥三电平直流变换器，包括直流电源(F,")、输入分压电容电路(l)、三电平逆变桥臂(2)、谐振电感(3)、 隔离变压器(4)、辅助电感(5)、辅助分压电容电路(6)、整流及滤波电路(7)，其中两个输入分压电容(Cn、C^2)串联后组成的输入分压电容电路(l)并联在直流电源(K。正、负输出端，并联在输入分压电容电路(l)正负输出端的三 电平逆变桥臂(2)由第一开关管(^)、第二开关管(込)、第三开关管(込)、第 四开关管024)依次正向串联以及二极管(/)5、 /)6)正向串联组成，上述四个开 关管(G、込、込、^)各自并联一个体二极管和一个寄生电容，二极管(/)5、 A)正向串联支路的负端连接在第一开关管(^)与第二开关管(込)的串联点 上，而正端连接在第三开关管(込)与第四开关管(g4)的串联点上；隔离变压 器(4)副边两个同匝数的副边绕组非同名端相串联，其中一个副边绕组另一 端的同名端连于整流滤波电路(7)正端，两个副边绕组的串联点与整流滤波 电路(7)的负端相连，其特征在于增加了一个辅助绕组(M)，该辅助绕组(A^) 与辅助电感(5)以及辅助分压电容电路(6)组成无源辅助网络，所述辅助绕组 (M)—端连于三电平逆变桥臂(2)的串联点(B)，辅助绕组(iV3)另一端与辅助 电感(5)相联，辅助电感(5)的另一端连于辅助分压电容电路(6)的两个电容 (d、 C。2)的串联点(C)，分压电容电路(6)的两个电容(d、 C。2)—端联结于 三电平逆变桥臂(2)中开关管^、込的串联点，另一端联结于三电平逆变 桥臂(2)中开关管込、"的串联点。所述隔离变压器(4)原边绕组(A^)与辅助绕组(^3)的匝比关系为 A^:7V3=2:1。本专利技术与现有技术相比的主要技术特点是，由于增加了由辅助绕组(iV3)与辅助电感(5)以及辅助分压电容电路(6)组成的无源辅助网络，使该直流变 换器不仅实现了开关管的零电压开关，且为滞后桥臂开关管实现零电压开 关提供的能量与负载电流相关，负载较重时，辅助电感中存储的能量较少， 随着负载的减轻，辅助电感中存储的能量逐渐增加。因此一方面可以减小 在负载较重时由辅助网络带来的损耗，另一方面在负载较轻时可以实现滞后桥臂开关管的zvs。所以能在较宽负载范围内实现了滞后桥臂开关管的 zvs，还可以在较宽的负载范围里实现高的变换效率。附图说明附图1是本专利技术的采用无源辅助网络的零电压开关半桥三电平直流变 换器的实施例电路结构示意图。附图2是本专利技术的采用无源辅助网络的零电压开关半桥三电平直流变 换器的主要工作波形示意图。附图3~8是本专利技术的采用无源辅助网络的零电压开关半桥三电平直流 变换器的等效电路结构示意图。上述附图中的主要符号名称K 、电源电压。0 仏、幵关管。d C4、寄生电容。A A、体二极管。4、谐振电感。r"隔离变压器。M、 变压器原边绕组。iV2、变压器副边绕组。M、变压器辅助绕组。^、辅助 电感。Crfl、 Ca、分压电容。A、 D6、续流二极管。Cal C。2、辅助分压电 容。Dw、 As、输出整流二极管。々、滤波电感。Cy、滤波电容。7 w、负 载。F。、输出电压。Vw,、变压器副边整流后电压。v^、爿与B两点间电压。具体实施例方式下面以附图1为主电路结构，结合附图2 8叙述本专利技术的具体工作原 理。由附图2可知整个变换器在一个开关周期有12种开关模态，分别是["以前]、、 、 |>3， "]、 、 、 |>6， t7]、 |>7，W、 、 、 (见附图2)，其中，为前半周期， 为后半周期。下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。在分析之前，作如下假设①所有开关管和二极管均为理想器件；② 所有电感、电容和变压器均为理想元件；③分压电容Cn和C^很大，可看 作一个恒压源，即^产Fc^J^/2。④辅助分压电容(^和C。2很大，可看 作一个恒压源，即F^=^。2=F /4。 1.开关模态1 fo以前，^和込导通，An导通，Dw2截止，电源向负载传递功率。此 时由变压器匝比关系可得辅助电感两端电压为零，辅助电感电流/。处于续 流状态，方向与正参考方向相反，幅值为/。。由安匝平衡关系AV^ =M./。+iV2/。可得变压器原边电流fp为/^K+V2，流经^的电流与zp相同，也为V《+/a/2 ，而流经込的电流V^/。/2 。2. 开关模态2 A)时刻关断^， ^给d充电，同时通过d和C。2给C4放电。由于有 C,和C4， ^是零电压关断。开关模态2持续时间很短，因此可以认为辅 助电感电流近似不变，仍为-/。，则变压器原边电流近似不变，为/0/尺+/乂2。 可见，相比于基半桥三电平变换器，本文提出的半桥三电平变换器的超前桥 臂开关管更容易实现ZVS。 G的电压上升到J^/2， C4的电压下降到零， Z)s自然导通，从而结束此开关模态。3. 开关模态3 A导通后，将込的电压箝在零位，此时可以零电压开通仏。此时变 压器原边绕组电压为零，因此辅助绕组电压也为零，加在辅助电感两端的 电压为^/4，因此辅助电感电流反方向增加。4. 开关模态4 fe， ^ b时刻关断込，^和/。共同给C2充电，给G放电。由于C2和G的存 在，込是零电压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用无源辅助网络的零电压开关半桥三电平直流变换器，包括直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）、输入分压电容电路（１）、三电平逆变桥臂（２）、谐振电感（３）、隔离变压器（４）、辅助电感（５）、辅助分压电容电路（６）、整流及滤波电路（７），其中，由两个输入分压电容（Ｃ↓［ｄ１］、Ｃ↓［ｄ２］）串联后组成的输入分压电容电路（１）并联在直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）正、负输出端，并联在输入分压电容电路（１）正负输出端的三电平逆变桥臂（２）由第一开关管（Ｑ↓［１］）、第二开关管（Ｑ↓［２］）、第三开关管（Ｑ↓［３］）、第四开关管（Ｑ↓［４］）依次正向串联以及二极管（Ｄ↓［５］、Ｄ↓［６］）正向串联组成，上述四个开关管（Ｑ↓［１］、Ｑ↓［２］、Ｑ↓［３］、Ｑ↓［４］）各自并联一个体二极管和一个寄生电容，二极管（Ｄ↓［５］、Ｄ↓［６］）正向串联支路的负端连接在第一开关管（Ｑ↓［１］）与第二开关管（Ｑ↓［２］）的串联点上，而正端连接在第三开关管（Ｑ↓［３］）与第四开关管（Ｑ↓［４］）的串联点上；隔离变压器（４）副边两个同匝数的副边绕组非同名端相串联，其中一个副边绕组另一端的同名端连于整流滤波电路（７）正端，两个副边绕组的串联点与整流滤波电路（７）的负端相连，其特征在于增设一个辅助绕组（Ｎ↓［３］），该辅助绕组（Ｎ↓［３］）与辅助电感（５）以及辅助分压电容电路（６）组成无源辅助网络，所述辅助绕组（Ｎ↓［３］）一端连于三电平逆变桥臂（２）的串联点（Ｂ），辅助绕组（Ｎ↓［３］）另一端与辅助电感（５）相联，辅助电感（５）的另一端连于辅助分压电容电路（６）的两个电容（Ｃ↓［ａ１］、Ｃ↓［ａ２］）的串联点（Ｃ），辅助分压电容电路（６）的两个电容（Ｃ↓［ａ１］、Ｃ↓［ａ２］）一端联结于三电平逆变桥臂（２）中开关管Ｑ↓［１］、Ｑ↓［２］的串联点，另一端联结于三电平逆变桥臂（２）中开关管Ｑ↓［３］、Ｑ↓［４］的串联点。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈武，阮新波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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