（電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)論文）一種新穎的zvzcspwm三電平變換器研究.pdfVIP

s t u d yo fa n o v e lz v z c sp w mt h r e e l e v e lc o n v e r t e r a b s t r a c t n o w a d a y st h et e c h n o l o g yo fs w i t c h i n gp o w e rs u p p l yi sg r a d u a l l yb e i n gp e r f e c t h o w e v e r ，t h e r ei sn oe n dt ot h ed e m a n df o rah i g h p o w e r ，h i g hp e r f o r m a n c ep o w e r s u p p l y t h r e e l e v e rd c d cc o n v e r t e r sa r ew i d e l yr e s e a r c h e di np o w e re l e c t r o n i c s a p p l i c a t i o n s ，e s p e c i a l l yf o rh i g hp o w e ra p p l i c a t i o n s t h em a i no b j e c t i v et op r o p o s e t h r e e l e v e lc o n v e r t e ri st or e d u c ev o l t a g es t r e s sa c r o s st h ep o w e rs w i t c h e s ，i n o r d e rt om a k et h el o wv o l t a g es t r e s ss w i t c h e sa p p l i e di nh i g hi n p u tv o l t a g ed c d c c o n v e r t e r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o f ts w i t c h i n g ，i ti st h es t u d yh o t s p o tt h a th o w t oc o m b i n et h r e e l e v e lc o n v e r t e rw i t hs o f ts w i t c h i n g t h ep a p e ra n a l y z e st h ec l a s s i c a lp h a s e - s h i f t e dz e r o - v o l t a g e - s w i t c h i n gp w m t lc o n v e r t e rw h i c hi n t e g r a t e st h ea d v a n t a g e so fr e s o n a n tc o n v e r t e r sa n dp w m c o n v e r t e r s t h o u g hi tr e a l i z e sz v sf o rt h ep o w e rs w i t c h e s ，i tc a nn o te l i m i n a t et h e d u t y c y c l el o s sa n dt h eo u t p u tr e c t i f i e rd i o d e ss t i l ls u f f e rv o l t a g es p i k e t h e na n o v e l z e r o - v o l t a g e a n d z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ( z v z c s ) p w mt h r e e l e v e l c o n v e r t e ri s p r o p o s e d v o l t a g es t r e s so fe a c hm a i ns w i t c hi nt h i sc o n v e r t e ri s r e d u c e dt oh a l fo ft h ei n p u tv o l t a g e ，w h i c hm a k e st h ec o n v e r t e rq u i t es u i t a b l ef o r h i g hi n p u tv o l t a g ea p p l i c a t i o n s t h ez c sc o n d i t i o nf o rl a g g i n gs w i t c h e su n d e rw i d e l o a dr a n g ei sp r o v i d e db ya s e c o n d a r ya u x i l i a r yc i r c u i t f i n a l l y ，t h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo fz e r o v o l t a g ea n dz e r o - c u r r e n t s w i t c h i n g p w mt h r e e - l e v e lc o n v e r t e ri sv a l i d a t e d b yt h e s i m u l a t i o na n a l y z ea n dt h e d e b u g g i n ge x p e r i m e n to f5 0 v 2 0 as a m p l ed e v i c e k e y w o r d s ： z e r o v o l t a g es w i t c h i n g ， z e r o c u r r e n ts w i t c h i n g t ld c d cc o n v e r t e r ，d u t y c y c l el o s s 插圖清單 圖1 1t l 逆變 圖1 2 典型z v s t l 變換器 圖1 3 帶輔助網(wǎng)絡(luò)z v s t l 直流變換器 圖1 4 z v z c s t l 直流變換器( 1 ) 圖1 5z v z c s t l 直流變換器( 2 ) 圖1 6z v z c s t l 直流變換器( 3 ) 圖2 1b u c k t l 電路和波形 圖2 2 移相控制策略 圖2 3 典型z v s t l 變換器主電路和工作波形 圖2 4 工作模式等效電路 圖2 5 模式1 等效電路 圖2 6 模式2 等效電路 圖2 7 模式7 等效電路 圖2 8 仿真電路 圖2 9 仿真波形 圖3 1z v z c s t l 直流變換器主電路和工作波形 圖3 2 工作模式等效電路 圖3 3 模式5 等效電路 圖3 4 模式6 等效電路 圖3 5 最大占空比的確定 圖3 6 仿真電路 圖3 7 仿真波形 圖4 iu c 3 8 7 5 內(nèi)部功能方框圖 圖4 2 采用u c 3 8 7 5 的p w m 控制電路 圖4 3 電壓電流反饋電路 圖4 4 丌關(guān)電流保護(hù)電路， 圖4 5 溫度保護(hù)電路 圖4 6i g b t 驅(qū)動(dòng)電路， 圖5 1 實(shí)驗(yàn)波形 3 j屆一心n他b h h托加絲孔拍拍”凹如叭甜馳拍卯如 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲嘍所星交麴學(xué)位論文楚本人程導(dǎo)師指導(dǎo)f 讖抒的研究下侮及取得的研究成 果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得盒世王些叁堂 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或 證書麗使翔過(guò)的材科。與我同 二作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了 明確的說(shuō)明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名：善p ；，許 簽字目期：御；年月二習(xí) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解金膽王業(yè)盔堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保 留并向國(guó)家柯關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被奄閬和借閱。本人授 權(quán)盒鼗三冀丕堂可以將學(xué)位論文的壘部或部分幽容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可班采 用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)二i ) 學(xué)位論文作者簽名 郡毛皤 簽字日期：糾- 6 年鉀月2 目 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向： 工作單位：鬟野亟閏鎊杈撕婚公司 通訊地址：豫叫，鋤出窶料鵲圈缸耋 斜苫略| 與 導(dǎo)師簽名： 等手 簽字日期。知名年9 月2 日 電話：口7 玎一專。76 ；： 郟編：f f 如_ 7 致謝 本文是在導(dǎo)師徐寧裂教授積掛少武副教授的精心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)灌 認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度、一絲不萄的工作方法和兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神，給我以深刻的 影響，促使我不斷地進(jìn)步和完善自己。 整個(gè)碩士除段，儈老師在學(xué)習(xí)方殛為我提供了讒多便利條饞，在科研方西 給我導(dǎo)向，讓我深受啟迪，使我在各方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。杜老師更是為 我課題的開(kāi)題和研究都付出了大量心血。在論文的撰寫過(guò)程中，杜老師對(duì)論文 的布局和每個(gè)細(xì)葦?shù)脑敿?xì)竄閱繪我的論文定璃起到了決定性作用。社老師在科 研學(xué)術(shù)上有著自己獨(dú)到的見(jiàn)解和領(lǐng)悟力，開(kāi)闊、敏捷的思維，不辭辛勞的酬心 指導(dǎo)和諄諄教導(dǎo)，以及提出的許多建設(shè)性意見(jiàn)使我長(zhǎng)進(jìn)很快。他平易近人的樸 素作風(fēng)和真誠(chéng)友善的處整態(tài)度給了我巨大幫助。在此，我要淘徐老師、杜老師 表示我最誠(chéng)摯的謝意! 論文結(jié)束后，我就將踏上工作崗位，研究生階段學(xué)習(xí)到的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)我 今廂的工作和學(xué)習(xí)有著很大的幫助。在今后的日子蟹，我會(huì)深深懷念這兩年半 多來(lái)的學(xué)習(xí)和科研生活。 向所有在碩士研究生階段曾經(jīng)幫助過(guò)我的老師深表謝意。還有我那些最可 愛(ài)的同學(xué)們，他們是蔣勁松、方如舉、鄒希、楊鈺輝、張家友、陳中、丁麗等。 在此向他們襲示艨謝。 感謝我的父母和我的掰哥，他們對(duì)我的關(guān)心和鼓勵(lì)是對(duì)我最大的支持，我 的任何成績(jī)都應(yīng)該歸功于他們的教育和支持。 謝謝大家! 懇請(qǐng)所有讀到這篇論文的老師和同學(xué)多提寶貴意見(jiàn)，不吝賜教。 作者：鄂玉澤 2 0 0 6 年3 月 第一章緒論 現(xiàn)代電力電子技術(shù)從6 0 年代誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)4 0 多年的發(fā)展，已經(jīng)形成較 為完整的學(xué)科體系羈理論。電力電子學(xué)受是獲褥了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，被各溺專 家學(xué)者視為人類社會(huì)的第二次電子革命。由于開(kāi)關(guān)電源在重量，體積及能耗等 方面都比線性電源有顯著減少，因此近年來(lái)許多領(lǐng)域，如郵電通訊，軍事裝備， 交通設(shè)麓，儀器儀表，工業(yè)設(shè)備等褥到廣泛運(yùn)角。開(kāi)關(guān)電源是集電力變換、現(xiàn) 代電子、自動(dòng)控制等多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)，其中d c d c 變換器是它的核心。 d c - d c 變換器將輸入的直流電壓，經(jīng)過(guò)高頻斬波或高頻逆變后，通過(guò)憋流和濾 波環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成所需要的意流電壓。d c d c 交換器作為開(kāi)關(guān)電源中的熏要核心 組成部分，人們對(duì)其憔能、重量、體積、效率和可靠性也提蹦了更高的要求。 2 0 世紀(jì)9 0 年代以來(lái)我國(guó)電力電子投術(shù)和開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)獲得了快速發(fā)展，尤其 是近年來(lái)，隨著功率器件的更薪換代、新型電磁材料的使用、功率變換技術(shù)的 進(jìn)步、新的控制理論和軟傳不版涌現(xiàn)，使撂贏效率、高功率密度、高質(zhì)量輸出 和高可靠性成為d c - d c 變換器不斷追求的目標(biāo)，同時(shí)也使這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)成 為可能。 1 1 電力電子技術(shù)的發(fā)展方向 高頻電力電予技術(shù)怒邀力電子學(xué)的一個(gè)螢疆發(fā)展方向。開(kāi)關(guān)元器件的商頻 化是亳頻瞧力電子學(xué)豹罄礎(chǔ)，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體籬( m o s f e t ) ，絕緣搬雙極性晶 體管( 1 g b t ) 和場(chǎng)控晶聞管( m c t ) 融成為現(xiàn)代高頻電力電子學(xué)的主要開(kāi)關(guān)器 件。菲晶、微晶磁芯和黼額鐵氛體也取得了耋霪的進(jìn)展。電力電子變換器電路 籀卦豹發(fā)震是齏頹電力窀予學(xué)靜勇個(gè)重蔡方蕊，諧振變換囂( r e s o n a n t c o n v e r t e r ) 、準(zhǔn)諧振( q u a s i r e s o n a n tc o n v e r t e r ) * 1 多諧振( m u l t i r e s o n a n tc o n v e r t e r ) 交換技術(shù)，零意趲開(kāi)關(guān)p w m ( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n gp w m ，z v s p w m ) 幫零魄漉 牙關(guān)p w mf z e r o c u r r e n t 。s w i t c h i n gp w m ，z c s p w m ) 技術(shù)，零電壓轉(zhuǎn)換 ( z e r o 。v o l t a g e t r a n s i t i o n ，z v t ) 窩零泡滾轉(zhuǎn)換( z e r o 。c u r r e n t 。t r a n s i t i o n ，z c t ) 技 術(shù)，以及諧振磨流環(huán)節(jié)逆變器( r e s o n a n td el i n ki n v e r t e r ，r d c l i ) 技術(shù)等部分絨全 幫窳理了交換器中靜功率囂 孛豹零毫糕開(kāi)關(guān)( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g ，z v s ) 藏零 電i f ；i 開(kāi)關(guān)( z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ，z c s ) ，克服了脈寬調(diào)制型功搴開(kāi)關(guān)蟄開(kāi)關(guān)攢耗 隨開(kāi)關(guān)頻攀戲正瓏增搠的缺點(diǎn)，使功窶囂饞黲開(kāi)關(guān)叛露大大零至l 提離。電力邀 予變換器的商頻化和小裂化、模塊化怒緊密相差的，雨這又與變換器的高效率 和結(jié)構(gòu)的您絕緣一隧能與鼴導(dǎo)熱性能聯(lián)系在一起。盈掰贏頻電力電子技術(shù)是隧離 頻開(kāi)關(guān)器件和元件、零電壓或零電流開(kāi)關(guān)電路拓?fù)浜脱b鬣的縮構(gòu)、材料與工藝 的發(fā)展弼發(fā)展的。 1 2 直流變換器的分類與特點(diǎn) 直流變換器有非隔離型和隔離型兩類。非隔離直流變換器有六種基本類型， 即降壓( b u c k ) 變換器、升壓( b o o s t ) 變換器、升降壓( b u c k b o o s t ) 變換器、 庫(kù)克( c u k ) 變換器、瑞泰( z e t a ) 變換器和賽皮克( s e p i c ) 變換器。其中最 基本的兩種電路是b u c k 變換器( 降壓斬波變換器) 和b o o s t 變換器( 升壓斬波 變換器) ，其余四種變換器則由它們派生而來(lái)。 隔離型直流變換器主要有單管正激變換器( f o r w a r d ) 和反激變換器 ( f l y b a c k ) ，雙管正激( d o u b l et r a n s i s t o rf o r w a r dc o n v e r t e r ) 變換器、雙管反激 變換器( d o u b l et r a n s i s t o rf l y b a c kc o n v e r t e r ) 、推挽變換器( p u s h - p u l i c o n v e r t e r ) ， 半橋變換器( h a l f - b r i d g ec o n v e r t e r ) ，全橋變換器( f u l l b r i d g ec o n v e r t e r ) 等，三電 平直流變換器( t h r e e l e v e lc o n v e r t e r ) 是近年來(lái)興起的一種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它的特 點(diǎn)是每個(gè)橋臂由四只開(kāi)關(guān)器件組成，該變換器的開(kāi)關(guān)應(yīng)力為輸入直流電壓的一 半。功率開(kāi)關(guān)管的電壓和電流一定時(shí)，變換器的輸出功率通常與所用功率開(kāi)關(guān) 管的數(shù)量成正比，即四管全橋直流變換器的輸出功率是半橋直流變換器的兩倍， 是單管直流變換器的四倍。因此三電平d c d c 變換器在直流變換器中是輸出功 率最大的一種，同時(shí)它還解決了低電壓開(kāi)關(guān)器件難以用于高壓場(chǎng)合的問(wèn)題。 按開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件，直流變換器可分為硬開(kāi)關(guān)( h a r ds w i t c h i n g ) 和軟開(kāi) 關(guān)( s o f ts w i t c h i n g ) 兩種。硬開(kāi)關(guān)直流變換器的丌關(guān)器件是在承受電壓或電流 的情況下接通或斷開(kāi)電路，因此在開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程巾伴隨著較大的損耗，即所 謂的開(kāi)關(guān)損耗。變換器工作狀態(tài)一定時(shí)，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通或關(guān)斷一次的損耗也是一 定的，因此開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗就越大。同時(shí)，開(kāi)關(guān)過(guò)程中還會(huì)激起電路 分布電感和寄生電容的振蕩，帶來(lái)附加損耗，因此導(dǎo)致硬開(kāi)關(guān)直流變換器的開(kāi) 關(guān)頻率不能太高。軟開(kāi)關(guān)直流變換器的開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中有兩種方式， 一是加于開(kāi)關(guān)管上的電壓為零，即零電壓開(kāi)關(guān)( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g ，z v s ) ， 二是通過(guò)器件的電流減少為零，即零電流開(kāi)關(guān)( z e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ，z c s ) 。 這種軟開(kāi)關(guān)方式顯著的減少了開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)過(guò)程中激起的振蕩，有效的減少 了e m i ，可以大幅度地提高開(kāi)關(guān)頻率，為變換器的小型化和模塊化創(chuàng)造了條件。 功率場(chǎng)效應(yīng)管( m o s f e t ) 有高的開(kāi)關(guān)速度，但同時(shí)也有較大的寄生電容，它關(guān) 斷時(shí)，在外電壓作用下其寄生電容充電。如果在它開(kāi)通前不將這部分電荷放掉， 則將消耗于器件內(nèi)部，這即容性開(kāi)通損耗。m o s f e t 宜采用零電壓( z v s ) 開(kāi) 通方式以減少這種損耗。絕緣柵雙極性晶體管( i n s u l a t e dg a t eb i p o l a r t r a n s i s t o r i g b t ) 是一種復(fù)合器件，關(guān)斷時(shí)的電流拖尾會(huì)導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗，如果在關(guān) 斷前使通過(guò)它的電流降為零，則可以顯著的降低關(guān)斷損耗，因此i g b t 宜采用 零電流( z c s ) 關(guān)斷方式。 1 3 三毫平直滾變換器 1 3 ，l 三電平壹濾交換器豹提如 電力電子設(shè)備在工作中都不可避免的彝電網(wǎng)輸入諧波幫無(wú)功電流，整隨著 通訊、計(jì)算機(jī)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，電源設(shè)備具有更好的環(huán)保性能成為電力電子技 術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向，一些世界性的學(xué)術(shù)組織和國(guó)家還頒布和實(shí)施了一些 輸入電流的諧波限制標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，攥到好的環(huán)絳性能，減 少電源設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，就要引入功率因數(shù)校正技術(shù)( p o w e rf a c t o r c o r r e c t i o n p f c ) 。有源功率因數(shù)校正技術(shù)是抑制諧波污染和無(wú)功電流的有激手 段，得到了廣泛的研究和應(yīng)用。中、大功率的高頻開(kāi)關(guān)電源般為3 8 0 v a c 輸 入，整流后的直流母線電壓會(huì)崗達(dá)6 4 0 v 左右，經(jīng)過(guò)三棚b o o s t 型功率因數(shù)變 換器輸出的直流電壓般高達(dá)7 6 0 v 1 0 0 0 v 。這大大增加了后級(jí)變換器開(kāi)關(guān)管 的電壓應(yīng)力，很難選擇合適的開(kāi)關(guān)管。i 9 8 1 年，鞠本的a k i r an a b a e 教授提出 了中點(diǎn)耱位逆變器( n e u t r a l p o i n t c l a m p e di n v e r t e r ，n p c 逆變器) ，如圖l + l 所 示。它是在傳統(tǒng)的三相橋式逆變器中增加了如圖所示的兩個(gè)分壓電容，在每個(gè) 橋臂增加了兩只開(kāi)關(guān)管和兩只中點(diǎn)箝位二極管。該逆變器每個(gè)橋臂的輸出可得 到、班。2 、0 三個(gè)瞧平，邈此也穩(wěn)為三電平逆變器( t h r e e l e v e li n v e r t e r ，t l 逆變器) 。與兩電平逆變器( 傳統(tǒng)的逆變器每個(gè)橋臀只能輸出k 。和0 兩個(gè)電 平) 相比，t l 逆變器開(kāi)關(guān)管的電壓斑力為輸入電壓的一半。 c 圖1 1 t l 逆變器 1 3 。2 三電平直流變換器的分類 隨著人們對(duì)電力彀子裝置的電壓等級(jí)和功率等級(jí)不皈提癱，多電平變換器 作為順應(yīng)這一潮流的一種解決方案，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。另一方麗，高頻 化是電力電子學(xué)一直追求的目標(biāo)，伴淹高頻化，功率器件的開(kāi)關(guān)損耗闖題成為 一個(gè)日蕊突出的矛盾，由此軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)雨生。它成為降低開(kāi)關(guān)損耗，減少 電磁干擾( e m i ) ，提高系統(tǒng)效率的一個(gè)重要手段，因此，結(jié)合三電平及軟開(kāi)關(guān) 技術(shù)，研究產(chǎn)生了各種不同拓?fù)涞娜娖杰涢_(kāi)關(guān)直流變換器。 根據(jù)不間分類方式三電平軟開(kāi)關(guān)_ 鞲流變換器主要有四種類別： ( 1 ) 瓣離與非隔離 隔離式t l 變換器包括：半橋( h a l f - b r i d g e ) 、全橋( f u l l - b r i d g e ) 、正激 ( f o r w a r d ) 、反激( f l y b a c k ) 、推挽( p u s h p u l l ) 和復(fù)合式等。 囂隔離式t l 變換器包括# b u c k 、b o o s t 、b u c k - b o o s t 和c u k 等。 ( 2 ) 贏朋范圍分為三電平功率閡數(shù)校正電潦和三電平直流變換電路。 ( 3 ) 軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式可分為零電壓( z e r o v o l t a g e s w i t c h i n g ) 和零電壓 零電流( z e r o v o l t a g ea n dz e r o c u r r e n t s w i t c h i n g ) 。 ( 4 ) 控制方式可分為移相控制 l 。k 2 ，k 楚變壓器原、副邊蕊比。 ( a ) 主電路 i。一 v t 4 li v t l t t 2：ll ：v t 3 ：1 、 ii ii k ：y 一 粼 ii li i 卜l ： l i i 廠 - 、繃1 ：一 、 i il li t o t l 惶t 3 4 t 5 t 6t 7 餉 t 日“o ( b h ：作波形 幽2 - 3 典恥z v s t l 變換器主電路和i ：作波形 模式0 模式2 2 模式 模式3 啼 一 v 模式4 模式5 模式6模式7 鶩2 4 ： ：作模式等效電路 1 模式0 【t o 時(shí)刻之前】 t o 時(shí)刻之前，開(kāi)關(guān)管v t l 、v t 2 導(dǎo)通，原邊電流，。流經(jīng)c b i 、v t l 、 v t 2 、諧振電感l(wèi) k 、變壓器的原邊繞組，再回到c b ，。 副邊電流隧路為：副邊繞組正端，經(jīng)整流管d 小輸出濾波電容c o 與受載 r o ，回到副邊繞組負(fù)端。 2 模式1 t o ，1 】 t o 時(shí)刻關(guān)斷v t ，。從v t l 轉(zhuǎn)移至c l 、c 4 支路中，給c 充電，羼時(shí)c 4 經(jīng) 電容c 。；放電，下降，副邊電壓也相應(yīng)降低，二極管d 。2 的節(jié)電容c d ，2 放電。 在此過(guò)稷中，濾波電感電流，可看作為一個(gè)恒流源。此時(shí)，電路可以等效如圖 2 5 所示。c d 為關(guān)斷二極管d ，2 節(jié)電容季廳算至辣邊的等效電容，五建手廳葬至原邊 的濾波電感電流，即t o 時(shí)刻原邊電流，d ，2 是d ，2 折算至原邊的副邊等效二極管。 r 一1 “”2 蠆瓦1 卜t o ) m i i 瓦赫s i n q ( t - t o ) 。 哪) = 警一矗付_ 瓦麗c d s i n c o t ( ) 2 ) 2 矗小轟1 c o s c o t - ( h 0 ) ( 2 。3 ) 其中一援舞 由于有c l 、c 4 ，v t l 是零電壓關(guān)斷。到t l 時(shí)刻，v c 4 降到零，= 0 ，d s 自然導(dǎo)通，v t 。的反并聯(lián)二極管d 4 自然導(dǎo)通，此時(shí)可零電壓開(kāi)通v t 4 ，開(kāi)關(guān)模 態(tài)1 結(jié)束。 為了保證節(jié)電容c 4 的電壓在超靜橋臂死區(qū)時(shí)間t d 內(nèi)降到零，讓即將開(kāi)遞的 開(kāi)關(guān)管v t 4 順利實(shí)現(xiàn)z v s ，完成從v t l 到v t 4 的換流，t d t 0 。l 。 3 模式2 【t l ，t 2 】 在此模態(tài)中，屹= 0 ，d ，2 的節(jié)電容c d ，2 繼續(xù)放電，電路可以等效為圖2 3 。 l ，( f ) ： 一旦! ；墮2 s i n 0 2 ( f 一 ) + 【( f 1 ) - 1 1 】c 。氈9 一f 1 ) ( 2 4 ) 酢- 。( f ) = k 。( ) c o sc a 2 ( t 一 ) + ( ) 一】z j c o s 0 ) 2 ( t f 1 ) ( 2 - 5 ) 舯，噸= 壓，乃= 層 t 2 時(shí)刻，k 。= 0 ，d r 2 囊然導(dǎo)逶。模態(tài)2 持續(xù)時(shí)問(wèn)為 軋。= 擊砌殺， ( 2 ，6 ) 圖2 ，5 模式1 等效電路 4 模式3 t 2 ，t 3 】 圖2 6 模式2 等效電路 此時(shí)，v t 4 已經(jīng)零電壓開(kāi)通，但v t 4 并無(wú)電流流過(guò)，流經(jīng)v t 2 ，諧振電 感l(wèi) k 、變壓器原邊繞織、繼滾二極管d 5 ，此時(shí)b = 0 。i 。處于鑫然繼流狀態(tài)。 副邊兩個(gè)整流管同時(shí)導(dǎo)通。 ，( r ) = ，( f 2 ) ( 2 ，7 ) s 模式4 t 3 ，t 4 】 t 3 時(shí)刻，v t 2 關(guān)斷，此時(shí)，。給c 2 充電，同時(shí)電容c 3 通過(guò)c 。放電。由于 有c 2 、c 3 ，v t 2 零電艉關(guān)斷，當(dāng)c 3 電壓降至零( t 4 時(shí)刻) ，d 3 自然導(dǎo)通。 4 ? 。一l p ( & ) c o s c o j ( t f 3 ) ( 2 8 ) ( f ) = z p ，p ( t o s i n ( t t 3 ) ( 2 _ 9 ) k 。( r ) = 配。2 一z ，p ( 如) s i n c o t t 3 ) ( 2 - 1 0 ) 蕊專，國(guó)3 = 、| 2 毛k e4 ，zp = l e i 2 cp 該模態(tài)的時(shí)脅= 扣矬。揣( 2 - t 1 ) 6 。模式5 t 4 ，糾 t 4 時(shí)刻，d 3 垂然導(dǎo)遙，將v 乳警的電壓籍位予0 ，此時(shí)可以零電壓開(kāi)邋v t 3 。 v t 2 與v t 3 之瀾囊確信號(hào)之闋熬死醫(yī)辯闋t d t 3 4 ，她蹲! 。不足叛提供燕載電滾， 裂逸囂令整滾騖幫導(dǎo)通，強(qiáng)魏變透精裂邊縫綴憊壓為零，霖邊繞綴憊壓邃為零， 這樣電源2 直接搖在諧振嘏感兩端，i p 線性下辮： ，o ) = ，p ( ) 一爭(zhēng)o f 4 ) ( 2 _ 1 2 ) 爨t 5 聰亥，j 。下降虱零，二綴營(yíng)d 撲d 4 巍然莢蘩，v t 3 、v k 中將滾過(guò) 毫濂，開(kāi)關(guān)模愨5 戇懿溪雋： 。，。掣 ( 2 - 1 3 ) 7 。模式6 ( t 5 ，t 6 】 奄時(shí)刻，。崮燕蓬過(guò)零，且趣受方淘璞長(zhǎng)，熊孵，v t 3 、v t 4 為? 。掩供逯鼴， 由于j 。氆不怒叛攆爨受載邀浚，受載堍滾爨巒璃個(gè)整滾蓑援揆霹爨，瓣忿，援 邊繞緞電壓為零，加在諧振電感兩端的電壓為。2 ，i p 線性下降。 叫歸去”哪 ( 2 1 4 ) 窩t 6 澍 刻，f 。下蹲至輯算劐鬏邊鶼受羧醞濾一，。，( 6 ) k ，該開(kāi)關(guān)模卷續(xù)索， 挖囂重整流管d ， 關(guān)繇，d 2 濠過(guò)全幫負(fù)載毫流。開(kāi)關(guān)攘態(tài)5 持續(xù)簿勰為； k：型些堅(jiān)(2-15)6 f 5 。2 號(hào)篇一 y ，上 8 模式7 t 6 ，t 7 】 t 6 對(duì)刻，整渡管d ，1 關(guān)斷，秘，2 繼續(xù)導(dǎo)邋，戴時(shí)諧振毫感與關(guān)激熬滾二援警 戇節(jié)遺容c d ， 諧攘，等效電籍鱺強(qiáng)2 7 瑟承。 為了降低輸?shù)耪鞴苌系钠翘僬袷?，一般簧磺熱r c 吸收麟絡(luò)。程t ，對(duì)刻， 電路進(jìn)入穩(wěn)庭狀態(tài)，電容c d ，i 上的電愿為k ，j 。降至折算至蹶邊韻濾波電 感電流。 v 圈2 ，7 模式7 等效電路 9 模式8 t 7 ，t s 在這段時(shí)間里，電源攬供負(fù)載。穩(wěn)定后的舔邊電流為： 一警嗇讒) 沼1 6 ) t 8 時(shí)剿，v t 4 關(guān)斷，開(kāi)始另一個(gè)半周期，工作鯀理類似于上述的半個(gè)周期。 2 3 典型z v s - t l 直流變換器存在問(wèn)題的探討 2 。3 1 實(shí)現(xiàn)z v s 的條件 麥上述獒墼z v s 。王l 交羧耩工豫囂毽斡分搴霆蠆戮躲遘，簧實(shí)疆開(kāi)關(guān)管夔零 電匿開(kāi)通，必須有足夠鵑魂懣能量采摘走將要開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管節(jié)電容( 或外部酣 艇電容) 上的電蓰，并繪將騷關(guān)斷豹開(kāi)關(guān)管節(jié)電容( 或終部附煳恕容) 充電。 同時(shí)，考慮到變壓器的原邊繞組電容，還要一部分能量來(lái)抽迮變壓器原邊繞組 寄生電容c t r 和整流二極餐拼算到原邊豹節(jié)電容e d 上的電荷。即必須滿足下 式： 7 - l t 蹦) 2 + 吉q ( 警) 2 十瓤2 譬蠅t v i n 2 ( 2 - 1 7 ) 考慮到開(kāi)關(guān)管m o s f e t 不并聯(lián)外接電容，只是利用它自身的結(jié)電容來(lái)實(shí)現(xiàn) z v s ，圓辯練臺(tái)考慮m o s f e t 漆節(jié)邀容是一個(gè)囂線性電容，其騫馕是愛(ài)眈于其 硬壤電鬟戇乎方鼴，慧要菜個(gè)系數(shù)4 1 3 。囂； 囂 c 譬螞，等 2 3 2 超前管實(shí)現(xiàn)z v s 與饞繞貔移攘全舔窀路櫸，鼴令援籬實(shí)璦零電壓秀= 關(guān)懿祭捧是不大提嗣 鶼。超蘺警容易蜜現(xiàn)z v s ，密土瑟辯工終敬態(tài)熬分輯，在趣翦開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)過(guò)程 中，輸出濾波電感輯算譴裂2 五，是與諧振電感k 串聯(lián)的，此時(shí)罔沫實(shí)瑰z v s 的 能量是兩電膊能鬃和。一般泉說(shuō)，輸出濾波電感l(wèi) f 很大，即足2 五，很大，在超 前管開(kāi)關(guān)避襁中，其上的電流避似不變，類似個(gè)恒流源。這個(gè)能量很容易滿 是上式豹要求。 2 3 3 滯后管實(shí)現(xiàn)z v s 滯后管要實(shí)現(xiàn)z v s 比較困難，見(jiàn)開(kāi)關(guān)模態(tài)4 分板。因?yàn)樵跍芄艿拈_(kāi)關(guān)過(guò) 程中，變壓器副邊是短路的，此時(shí)整個(gè)變換器就被分為兩部分，一部分是原邊 電流逐漸改變流通方向，其流通路徑由逆變橋提供，另一部分是負(fù)載電流由整 流橋提供繼滾溷路，負(fù)載鍘與變壓囂原邊沒(méi)有關(guān)系。側(cè)婦，要實(shí)現(xiàn)滯器管v t 3 的z v s ，必須有足夠的能嫩用柬抽走將要開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管v t 3 的節(jié)電容c 3 上的 能量，同時(shí)還要給關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管v t 2 的節(jié)電容充電。即： e 1c + 烈等) 2 鳴等( 2 - 1 8 ) 同時(shí)考慮到m o s f e t 管的節(jié)電容的非線性，凝e 個(gè)系數(shù)4 3 ，上式可寫 ( 2 1 9 ) 由開(kāi)關(guān)模態(tài)4 可以看出，此時(shí)用來(lái)實(shí)現(xiàn)z v s 的能量只是諧振電感中的能量， 如果不滿足式( 2 - 1 7 ) ，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)z v s 。而諧振電感的電感值相對(duì)與濾波電感 等散至原邊的電感值來(lái)說(shuō)小的多，也就是說(shuō)，與超前管相比，滯后管要實(shí)現(xiàn)z v s 困難的多。這是此典型z v s t l 變換器的固有缺陷之一。實(shí)現(xiàn)滯題管豁z v s 的 條件為： 1 l x l p ( t 3 ) 2 j 4c p ( ( 笥+ 扛 解決滯囂橋劈難實(shí)現(xiàn)z v s 豹基本方法有幾點(diǎn)： 增加勵(lì)磁電流 對(duì)于一定的諧振電感l(wèi) k ，必須有一個(gè)最小的，值ip m i 。來(lái)保證諧振電感l(wèi) k 中的能攝寺，。2 能實(shí)現(xiàn)z v s 。文獻(xiàn) 1 4 】提出了用增加勵(lì)磁電流k 的辦法實(shí)現(xiàn) z v s ，實(shí)際上就是提高，。由于增加了勵(lì)磁電流如，使得原邊電流在負(fù)載電 流的基礎(chǔ)上多了一份磁磁瞧流，因焉藤大了它豹最大電流1 壹。但是，增大j 。， 不但會(huì)增大通態(tài)損耗，同時(shí)也增大了變壓器的損耗。因此在勵(lì)磁電流的選取上， 應(yīng)充分考慮器件和變壓器損耗。 增大諧振電感 由于勵(lì)磁電流與負(fù)載無(wú)關(guān)，因而在輕載時(shí)，變換器的效率很低。實(shí)現(xiàn)z v s 的另一種方式就時(shí)增加諧振電感。在一定的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)z v s ，可以知道個(gè) 豎， p cf 為 最小的負(fù)載電流，根據(jù)這個(gè)電流，忽暗藏磁電滿，霹得翼i 。愛(ài)，l 、馕j 。根據(jù) 這個(gè)，。計(jì)簿出所需的最小諧掇電感。 改用z v z c s 可以從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。它可以使兩只超前管實(shí)現(xiàn) z v s ，兩只滯屠管實(shí)現(xiàn)z c s 。這是本瀠趣之聰戳提出采用次繳塌臺(tái)電感的 z v z c s p w m 三電平交換囂酌蘸霾。 商對(duì)巍熱型z v s t l 變羧器中滯盾耩瞽諧鞭j 箜程中，由予變藤器副邊短籍， 初級(jí)電流儀流過(guò)諧振電感不向負(fù)載提供能鬟，并形成環(huán)流，大電流的環(huán)流將引 起通態(tài)損耗。 2 。3 4 副邊占空魄丟失闖題 割逑占空曉戇丟失是z v s 。p w m 三毫平燮捩瓣中一個(gè)重要懿蕊象。溪酒囂 邊占空眈鬣失，就是說(shuō)副邊靜有效占空比皿。小于原邊的占空姚d r ，幫： d 。，其差鎮(zhèn)就是副邊露散占空院丟失b 。a 副邊占突比螽失的原爨是：存在原邊電流從正向( 或受向) 炎化到負(fù)向( 或 正向) 負(fù)載電流的時(shí)聞。在邀段時(shí)聞里，雖然原邊商正電壓方波( 或負(fù)電壓方 渡) ，整怒濺迭不是籃提安受竣魄滾，剝逸整渡攜瓣輯套二極管譬逶，受載燕子 繼流獲愨，箕囂臻邀囂灸零。遮徉戮透裁丟失了遮部分邀壓方波。在髫2 一l ( b ) 中，陰影部分就是副邊丟失的電壓方波，這部分時(shí)間與二分之一開(kāi)關(guān)周期的比 值就是副邊占空比丟失d 。一即： d ，：k ：奠= 生! ! = 叁= ?！?2t 2 出于。綴，j 、，霹懿忽穩(wěn)，同囂季攘擺式( 2 - 1 3 ) 、式( 2 - 1 5 ) ，上式可變?yōu)椋?見(jiàn)。：竺燮裝罌巡 ，m v 膩該式可顫惹出：l k 越大，瑗。越大；受羧越犬，逸。越大；v i 。越低，嘎。 越大。 p 。豹產(chǎn)生篌減少，為了在受載土得鄹繇簧求茲輸出電聰，就必須減少 原嗣邊的隧沈。而匝眈的減少，帶來(lái)了兩個(gè)閥鼷；個(gè)方面，原邊的電流增加， 開(kāi)關(guān)管的魄濂峰值要增加，邋愨損耗辦瑟大：另方靄，副邊整流蟒的弼