新型零电压零电流开关脉宽调制三电平直流变换器的研究

作     者：侯绪同 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：褚恩辉

授予年度：2013年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：三电平直流变换器 移相控制 PWM 零电压零电流开关 耦合电感 

摘      要：随着信息技术的迅速发展,极大的推动了电力电子技术的研究和应用。与此同时,效率高、体积小、重量轻、精度高的高品质开关电源也越来越引起重视。尤其在较高电压输入和中大功率变换场合,降低开关管的电压应力以及减小电压和电流变化率对提高功率变换效率和减小EM[具有重要意义。三电平直流变换器具有使开关管电压应力为输入直流母线电压应力一半的优点,因而得到广泛的研究。同时,为了降低变换器的体积和重量,软开关技术是较好的解决方法。软开关技术具有改善功率开关器件的运行环境,提高器件运行的可靠性,降低系统的功率损耗,提高装置的变换效率,减小变换器的体积,抑制过高的电压电流变化率,有效防止电磁干扰,降低系统噪声的特点。因此,三电平直流变换及其软开关技术成为了近几年研究的热点。本文在广泛研究三电平变换器及其软开关技术的基础上,分析了几种典型的三电平直流变换器的软开关实现条件及其所带来的问题。并对三电平直流变换器的软开关实现方法进行分类和总结。针对常规零电压开关三电平直流变换器主要存在的滞后管在轻负载下难以实现零电压开关以及变压器原边环流损耗大的两个问题,提出了一种新型零电压零电流软开关三电平直流变换器。本文提出的这种新型的零电压零电流开关(zero-voltage and zero-current switching, ZVZCS)脉宽调制(pulse width modulation, PWM)三电平(three level,TL)DC/DC变换器,与传统的ZVZCS PWM TL DC/DC变换器相比,它不含有辅助谐振回路。利用带有抽头的输出平滑电感、缓冲电容以及变压器漏感,可实现超前管的零电压开关(ZVS)、滞后管的近似零电流开关(ZCS)。该变换器可有效地抑制开关管的电压、电流尖峰;降低回路中的环流损耗。根据不同工作模式下的等效电路图,分析这种新型变换器的工作原理、软开关实现条件,抽头平滑滤波电感的变比对变换器开环输出电压特性和开关管电流应力的影响,以及给出了新型变换器抽头电感变比设计的基本原则。制作一个使用绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)的6kW,40kHz的样机,通过仿真和实验验证该变换器的有效性。