零电压开关PWM全桥三电平变换器
2001(阮新波 许大宇 严仰光-电工技术学报)加钳位二极管的零电压开关PWM三电平直流变换器
加钳位二极管的零电压开关PWM三电平直流变换器Z ero 2Voltage 2Switching PWM Three 2Level Converter with Clamping Diodes阮新波 许大宇 严仰光(南京航空航天大学 210016)R u an X inbo X u Dayu Y an Y anggu ang (Nanjing University of Aeronautics &Astronautics 210016 China ) 摘要 零电压开关PWM 三电平直流变换器(ZVS PWM TL 变换器)利用变压器的漏感和开关管的结电容可以实现开关管的零电压开关,但是输出整流管仍然存在反向恢复带来的尖峰电压。
为了解决这个问题,提出一种新的ZVS PWM TL 变换器,它在基本的ZVS PWM TL 变换器中增加两个二极管,消除了输出整流管的电压振荡,同时保留基本的ZVS PWM TL 变换器的所有优点。
分析了这种新的变换器的工作原理,并在一个600W 的原理样机上进行了验证,最后给出了实验结果。
关键词:三电平直流变换器 零电压开关 脉宽调制中图分类号:TM463Abstract Zero 2Voltage 2Switching PWM Three 2Level Converter (ZVS PWM TL Converter )can realize ZVS for the power switches with the use of the leakage inductance of the transformer and the output capacitors of the power switches.However ,the output rectifier diodes still suffer the volt 2age spike and voltage oscillation resulted by the reverse recovery of the rectifier diodes.In this paper a novel ZVS PWM TL converter is proposed which introduces two clamping diodes to the basic ZVS PWM TL converter ,thus the voltage oscillation and voltage spike are eliminated.The operation prin 2ciple of the novel converter is analyzed and verified by a 600W prototype converter.The experimental results are also included in this paper.K eyw ords :Three 2level converter Zero 2voltage 2switching Pulse 2width 2modulation中国航空基础科学基金和台达电力电子科教发展基金资助项目。
零电压开关三电平Buck-Boost双向变换器
（超级电容或蓄电池）需要双向 DC-DC 变换器实 现功率双向传输[3,4]。在双向 DC-DC 变换器中，非 隔离型 Buck-Boost 双向变换器因为具有结构简单、 可靠性高、成本低等优点而备受青睐[5-8]。然而，在 电动汽车这种高电压、大功率应用场合中需要选用 耐压高的开关管。开关管的导通阻抗和寄生电容随 耐压值的升高而增大，影响变换器效率。文献[9-12] 提出一种非隔离型单向三电平 Buck-Boost 变换器， 可降低开关管的电压应力，且为输入电压的一半。
孙孝峰 袁 野 王宝诚 李 昕 潘 尧
（电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学） 秦皇岛 066004）
摘要 针对非隔离型三电平 Buck-Boost 双向变换器，提出一种零电压开通（ZVS）实现方案。 该方案在不添加任何辅助元件的情况下，可使非隔离型三电平 Buck-Boost 变换器的所有开关管在 全负载范围内实现 ZVS，提高变换器的效率。此外，利用异相控制、电感电流倍频降低电感的体 积，提高功率密度。首先对实现 ZVS 的工作过程进行分析，并且分析反向电流 IR 对软开关的影 响；然后推导出死区时间和开关频率表达式；最后搭建实验样机，通过 Buck 模式和 Boost 模式的 实验来验证该方案的正确性和有效性。
Keywords：Bidirectional converter, zero-voltage switching, inductor current frequency doubliHale Waihona Puke g, reverse current
sg3525示范电路及详解
基于SG3525电压调节芯片的PWM Buck三电平变换器摘要：阐述了用SG3525电压调节芯片实现PWM Buck三电平变换器的交错控制。
相对于采用分立元件实现PWM Buck三电平变换器的交错控制而言，该控制方法电路简单，易于实现，可以较好地解决三电平波形的不对称问题。
详细介绍了SG3525电压调节芯片，并给出了基于SG3525电压调节芯片的PWM Buck三电平变换器的具体设计方法。
最后对输入电压为120V(90～180V)，输出为48V/4A，开关频率50kHz的PWM Buck三电平变换器进行了实验验证。
关键词：PWM Buck三电平变换器；SG3525电压调节芯片；分立元件0 引言三电平变换器有以下优点：——开关管的电压应力为输入电压的一半；——可以大大减小储能元件的大小；——续流二极管的电压应力为输入电压的一半。
因此，三电平变换器非常适用于高输入电压中大功率的应用场合。
文献[1]详细分析了隔离与非隔离的三电平变换器的拓扑结构。
由于三电平变换器的开关数目多，对其实施有效的控制比拟复杂。
传统上，采用比拟器、运算放大器和RS触发器等分立元件实现PWM三电平变换器的控制。
但是，由于实现上述控制所需的分立元件众多，两个锯齿波不可能做到完全匹配，同时两个开关管的驱动电路也不可能完全相同，因此，两个开关管的占空比必然存在一定的差异，隔直电容Cb在一个周期内所提供的能量不可能相等，造成了三电平波形不对称。
本文采用电压调节芯片SG3525来实现PWM Buck三电平变换器的控制，可以大大减小由分立元件实现时所带来的三电平波形不对称的问题，实现方法简单有效。
1 Buck三电平变换器1.1 三电平两种开关单元文献[2]分析了三电平DC/DC变换器的推导过程：用两只开关管串联代替一只开关管以降低电压应力，并引入一只箝位二极管和箝位电压源(它被均分为两个相等的电压源)确保两只开关管电压应力均衡。
电路中开关管的位置不同，其箝位电压源与箝位二极管的接法也不同。
带有箝位二极管的ZVS全桥三电平DC／DC变换器的研究
通 镌 电 潦 ．
２０ ０ ６年 ７月 ２ 日第 ２ ５ ３卷第 ４ 期
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Ｊ １２ ， ０ ６ ｏ．２ ｏ ｕ． ５ ２ ０ ，Ｖ １ ３ Ｎ ．４
Ｔｅ ｃ ｍ ｏ ｒ ｃ ｎ ｌｇｅ ｌ ｏ Ｐ ｗｅ ｈ ｏ ｉ ｅ Ｔｅ ｏ ｓ
ｐ ｉｃ ｌ ｉ ｇｖｒ Ｍｏ ｅｖｒｔｅｒｓＩ ｏ ｉ ｌｔ ｎｖ ｄ ｙｔｅｔｅｒ ｃｕａｅ ｒ ｉ ｅｓ ｉ Ｌ ｎ ｐ ｅ ｒｏ ｅ ｈ ｅｕｔ ｆ ｍｕａｉ ｅ ｆ ｈｏ ｙｉ ａｃ ｒｔ． ｓ ｏ ｈ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ｌｍｐ ｎ ｉ ｄ ； ＶＺ ； ｈ ｅ －ｅ ｅ ｏ ｖ ｒ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃａ ｉ ｇ ｄｏ ｅ Ｚ ＣＳ ｔ ｒ ｅ ｌｖ ｌｃ ｎ ｅ ｔ ｒ
全桥 三 电平 （ ｕｌ ｒ ｇ ｒｅ Ｌ ｖ ｌ Ｂ ＴＬ） 换 Ｆ ｌｂ ｉ ｅＴｈ ｅ ｅ ｅ，Ｆ — ｄ 变 器 。Ｆ Ｂ ＴＬ变换 器 结合 了 Ｆ Ｂ变 换 器 和 ＴＬ变换 器各
该 三 电平 Ｄ Ｄ Ｃ／ Ｃ变 换器 的主 电路 。在 该方 式 下 ， 、 Ｑ２ Ｑ７ 的导通 和关 断 时 间相 同 ， 、 、 的导通 和关 、 Ｑ６ 断 时 间也 相 同 ， 且其 关 断 时 间 分别 比 Ｑ 、 滞 后 ， 并 Ｑ４ 由此 称先 关 断 的 Ｑ。 Ｑ 为 超前 管 ， 关 断 的 ６只开 关 、４ 后 管 为滞后 管 。在一 个 开关周 期 内 ， 变换 器有 １ 种 开 该 ６ 关模 态 ， 各开 关模 态 的波形 如 图 ２所 示 ， 同开关 模态 不 下 的等效 电路分别 如 图 ３所示 。
的 Ｚ 。 ＶＳ
’ ＇ Ｑ
Ｉ
ｌ
图 １ 主 电路 拓 扑 结 构
为方便 分 析 ， 如 下 假设 ： １ 开 关 器 件 通 态压 降 作 （）
PWMDCDC全桥变换器的软开关技术
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
u t t
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a）软开关的开通过程
b）软开关的关断过程
图6－2 软开关的开关过程
DC/DC全桥变换器
DC/DC全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波 电路构成:
DC/DC全桥变换器--全桥逆变器及其控制
Q1~Q4，D1~D4 Tr K=N1/N2
控制方式: 双极性 有限双极性 移相控制方式
关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现
PWM DC/DC全桥变换器软开关的实现原则
PWM DC/DC全桥变换器的两类软开关方式
小结
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
• 前面讨论了滞后桥臂的零电压关断,即电容的存在可以实现零电 压关断,现在关心的是开关管开通的情况. • 下面先讨断切换方式
Q1,Q4关断,原边电流给C 1和C4充电,同时C2和C3 放电,限制Q1,Q4的电压 上升率,实现软关断。 当C1和C4电压上升到Vin 时,C2和C3电压下降到零 .此时D2,D3导通,为Q2， Q3提供零电压开通的条 件。 但是此时如果开通Q2和Q 3，在AB两点 出现的就 是占空比为1的交流方波 电压
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
新型倍流整流方式零电压开关PWM全桥三电平直流变换器
Ｋｅ ｒ ｓｐ ｌ — ｉｔ— ｏ ｕａ ｏ ； ｈｅ— ｖｌ ｏ ｖｒ ｒ ｅｏｖｌ ｇ — ｉ ｈｎ Ｚ Ｓ ； ｕｒｎ－ｏ— ｙｗｏｄ ：ｕｓ ｗｄｈｍ ｄ ｌ ｉ ｔｒｅｌ ｅ ｃｎｅ ｅ ；ｚｒ— ｔ ｅｓ ｔ ｉ ｅ ｔｎ ｅ ｔ ｏ ａ ｗ ｃ ｇ（ Ｖ ） ｃ ｒ ｔ ｕ ｅ ｄ
黄 华
（ 东 交 通 大 学 电气 与 电 子 工程 学 院 ， 华 江西 南 昌 ３０１ ３ ０３）
摘 要 ： 通过在基本的倍流整流方式零电压开关 Ｐ ＷＭ全桥三电平直流变换器的一次侧绕组中串联一个阻断电
容 ， 出一种新型变换器． 提 该变 换器 利用 阻断电容 的电压使一次侧 电流在零状态时快速 下降 ， 不必要求变 压器漏感
ｃ ｐ ｃｔｒ Ｔｈ ｏ ｖ ｒｅ ａ ｎ ｔｓｒｃ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｏ ｈ ｒ ｎ ｆ ｒ ｅ ｅ ｋ ｇ ｎ ｕｃａ ｃ ａ ａｉ ． ｏ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｒｈ ｓ ’ ｔｉ ｔｒ ｑ ｉｅ ｎ ｎ ｔｅ ｔａ ｓｏ ｍ ｒｌａ ａ ｅ ｉ ｄ ｔｎ ｅ． Ａｎｄ ｔ ｕ ｐ ｔ ｈｅ ｏ ｔ ｕ
ｒ ｃｉ ｅ ｉ ｄ ｓｃ ｎ ｃ ｍｍｕ ａｅ ｎ ｔ ｒ ｌ ｅ ｔｆ ｒｄ ｏ ｅ ａ ｏ ｉ ｔ ｔ ａｕ ａｌ ｙ，ａ ｏｄｉｇ ｖ ｌ ｇ ｓ ｉ ａ ｉｎ ａ ｄ ｖ ｌａ ｅ ｓ ｋ ａ ｓ ｄ ｂ ｈ ｅ ｖ ｉ ｎ ｏ ｔ ｅ ｏ ｃｌ ｔ ｎ ｏｔ ｇ ｐｉｅ ｃ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅ ｒ — ａ ｌ ｏ ｖ ｒｅ ｆｏ ｏ ｒｍａ ｕ ｒ ｎ ． Ｔｈ ｒｎ ｉｌ ｆ ｔ ｏ ｏ ｅ ｏ ｖ ｒｅ ｓ ａ ａｙ ｅ ｎ ｈ ｅ ｓｂ ｌ ｙ ｉ ｅ ｓ ｗ ｆｐ ｌ ｉ ｙ ｒ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｈｅ ｐｒ ｐ ｓ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ｉ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｆａ ｉ ｉ ｔ ｓ ｉ ｖ ｒｆｅ ｙ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ． ｅ ｉ ｄ ｂ ｉ ｌｔｏ ｘ ｅ ｉ ｎｔ ｉ
移相全桥零电压PWM软开关电路的研究
略大于开关管自身的寄生电容可减小管子之间的差
异。 实际中，可根据实验波形对其进行调整。 计算得
Llk=7.2 μH，实际取10～20 μH。 由于 要 兼 顾 轻 载 和 重 载，同 时 电 感 在 超 前 臂 谐 振 和 续 流 时 有 能 量 损 失 ，故
实际中取值较计算值略大为宜。
5 整机最大占空比合理性计算
第 43 卷第 1 期 2009 年 1 月
电力电子技术 Power Electronics
移相全桥零电压 PWM 软开关电路的研究
胡红林， 李春华， 邵 波 （黑龙江科技学院， 黑龙江 哈尔滨 150027）
Vol.43 No.1 January，2009
摘要:介绍了移相全桥零电压 PWM 软开关电路的组成及工作原理，从时域上详细分析了软开关的工作过程，阐述了
在开关电源中具有谐振开关和 PWM 控制特点 的移相全桥零 电 压 PWM 变 换 器 得 到 了 广 泛 应 用 ， 该 类 变 换 器 实 现 了 零 电 压 开 关 （ZVS），减 小 了 开 关 损耗，提高了电源系统的稳定性。 同时，电源可在较 高的开关频率下工作，因而大大减小了无源器件的 体积。 但移相全桥 ZVS 电路存在对谐振电感和电容 的合理选择及占空比丢失的问题，这就要求 ZVS 软 开关有一个合理的最大占空比。
实现 VQ1 零电压关断需要有：
uC1=
iCb 2C1
td1=
is 2nC1
td1≥Uin
（6）
式中：td1 为 VQ1，VQ3 死区时间；n 为变比。
要在全范围内实现超前臂的零电压开通， 必须
以 最 小 输 出 电 流 Iomin 和 最 大 输 入 电 压 Uinmax 来 选 取 C1，C3，即 C1=C3≤Iomintd1/（2nUinmax）。 4.2 串联电感的取值及滞后臂并联电容的选取
三电平直流变换器平衡中点电位的双移相PWM控制研究
谢桢 ， 等： 三电平直流变换器平衡中点电位的双移相 Ｐ Ｗ Ｍ 控 制 研 究
由于 多 电平拓 扑具 有两 电平 拓扑 所不 具备 的解
Ｐ
三ｌ
～
２
决 开关 管功 率 和耐 压 约 束 的 能 力 ， 故 可 用 于 实 现 高 压 大 功率 电能 变换 装 置 ， 目前 已广 泛 运 用 于 高压 直 流输电、 中高 压 大 功 率 交 流 传 动 等 领 域 ［ １ 铷 。文 献
三 电平 Ｈ 桥 直 流 变 换 器 的 主 电路 结 构 如 图 １
则 计算 可得 到 ｈ 。 与 、 ａ的关 系 为
０ ． ５
０＜ ａ≤ ｙ
） ， ＜ ｄ≤ ０ ＜ ａ≤ ７ ｃ
（ ２ ）
所 示 。Ｈ 桥输 出通过 中频 变 压器 降压 后 ， 由不 控 整
流桥 整流 并经 Ｌ Ｃ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ滤波 器滤 波输 出到 下级 电网 。
ｄ ＝ａ ／ ２ ￣和 ｄ ＝０ ／ ２ ７。
的波 形 如
ｈ 。 是 和 ａ的 二元 非 线 性 函数 ， 如 图 ３所示 。
图 ２所示 。ｙ 、 ａ和 记 为 占空 比的 形 式 ｄ 一ｙ ／ ２ ７ ｃ ， 变换 器在 实 际 工作 过 程 中要 求 Ｈ 桥 输 出 电 压 总谐 波 系数 ｈ ｎ ｏ 较小 ， 即 变 压 器 原 边 电压 的 基
Ⅳ
器２ ｉ Ｄｒ ２
Ｄｒ ４
平 直流 变换 器 。近 年 来 ， 出现 了各 种 新 型 的三 电平
直 流变 换器 ， 文献 ［ － ６ １ － 分析 了半 桥 三 电平 和 全桥 三 电
平 Ｂ ＵＣ Ｋ 直流 变换 器 的演 化 过 程 ， 并系统总结 了 ６ 种 非 隔离 型和 ５种 隔 离 型 三 电平 直流 变 换 器 拓 扑 。 目前 ， 三 电平 直 流变 换 器 的研 究 热 点 集 中在 高频 链 技 术 和软开 关技 术［ ７ ］ ， 但研 究 多局 限于 小功 率应 用