一種基于軟開關三電平DC／DC開關電源的研制

摘要：提出了一種新型具有無源箝位網絡的零電壓零電流轉換(ZVZCS)半橋三電平直流變換器，其特點是通過次級無源箝位網絡實現超前橋臂在一定負載范圍內的ZVS和滯后橋臂的ZCS。對變換器工作原理及軟開關實現條件進行了詳細分析，并在Pspice 9．2環境下對變換器進行了仿真實驗，結果表明該拓撲能實現所有功率開關管的軟開關及二極管的軟換流，且次級電壓應力較低。在實驗樣機上進行了測試分析，實驗結果與理論分析一致，進一步驗證了該新型DC／DC變換器的可行性和正確性。此外，該交換器還在一定程度上改善了傳統ZVZCS三電平變換器的占空比丟失問題，使整機功率損耗小、效率高。
關鍵詞：變換器；軟開關；三電平；電壓應力

1 引言
目前，開關電源正朝著高頻、高效、環保等方向發展。與傳統拓撲結構相比，三電平變換器由于具有開關管電壓應力為輸入直流電壓的一半，適合輸入電壓較高的場合，輸出電壓諧波小等優點，從而備受關注。此外，伴隨著高頻化發展，出現了軟開關技術，并結合三電平產生了不同拓撲的DC／DC變換器。傳統ZVS半橋三電平DC／DC變換器輕載時滯后管難以實現ZVS，且開通損耗嚴重。ZVZCS變換器消除了ZVS三電平變換器零狀態時變壓器初級環流，減小了初級通態損耗，同時改善了占空比丟失問題，近年來得到了廣泛研究。
這里提出一種新型ZVZCS半橋三電平DC／DC變換器，其次級采用了一個簡單的無源筘位網絡，通過這個無源箝位網絡實現了超前橋臂在一定負載范圍內的ZVS和滯后橋臂的ZCS。

2 主電路工作原理
圖1為新型半橋三電平DC／DC變換器拓撲。

由圖1可見，次級采用的無源箝位網絡主要由箝位電容CA和二極管VDA1，VDA2，VDA3構成。變壓器次級中心抽頭通過VDA1連接到CA，將次級電壓箝位在一個較低的水平。Cs1，Cs2為等值的輸入分壓電容，VDc1，VDc2為箝位二極管，Css為飛跨電容，Llk為變壓器漏感，n為變比，VDR1～VDR4為整流二極管，Lf，Cf分別為濾波電感、電容，Uin，Uo為輸入、輸出直流電壓。采用移相PWM控制策略，工作波形如圖2所示。