[發明專利]一種有源控制一次電流關斷的軟開關三電平直流變換器

在審

• 申請號: 201910532445.7
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110277923A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 石勇;戶毅仁;惠濟;桂旭偉;王鑫
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種有源控制一次電流關斷的軟開關三電平直流變換器，包括隔離變壓器和半橋三電平電路，一次側的半橋三電平電路包括直流電源Vin，直流電源Vin的正極和分壓電容C_in1通過結點1連接，結點1分別和IGBT S₁的集電極，二極管D₁的負極以及電容C₁的第一端連接；分壓電容Cin₁和分壓電容Cin₂通過結點C連接，結點C、中點鉗位二極管D_c11的正極以及中點鉗位二極管D_c12的負極三者連接；直流電源V_in的負極和分壓電容C_in2通過結點2連接，結點2分別和IGBT S₄的發射極，二極管D₄的正極，電容C₄的第二端連接；第一開關器件和第二開關器件不串聯在直流輸入母線和IGBT的電路回路中，降低器件之間的寄生電感，從而抑制了整流二極管上的寄生振蕩和減小了電壓尖峰。

技術領域

本發明屬于三電平DC/DC變換器技術領域，具體涉及一種有源控制一次電流關斷的軟開關三電平直流變換器。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，對電力電子變換裝置的要求也越來越高，特別是為了滿足國際標準對電網諧波的要求，必須采用功率因數校正技術。為了獲得較高的系統效率性能，一些工業應用中的變換器的直流鏈路電壓可能達到800V，有時甚至可能高于1000V。為了使一次開關的額定電壓與廣泛使用的低壓功率器件相匹配，提出并分析了許多三電平直流變換器。經過查閱文獻資料知道，為大功率應用尋找一種新的ZVZCS TLC仍然是一項有價值的任務。本發明提出了一種新的有源控制一次電流關斷ZVZCS-PS-PWM TLC。三電平直流變換器的優點是變壓器原邊每個開關管的電壓應力為輸入直流母線電壓的一半。此外，為了減小三電平變換器的體積、重量以及提高動態響應性能，必須提高開關頻率。而在硬開關的情況下，較高的開關頻率會產生較大的開關損耗，限制系統效率的提高，三電平軟開關技術的提出正好解決了這個矛盾。軟開關技術具有限制開關損耗，提高系統能量變換效率等優點。目前，三電平直流變換器的分類可按其輸入輸出之間是否有電氣隔離，其中沒有電氣隔離的是一類，稱為非隔離TL直流變換器，包括Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta等六類TL直流變換器；有電氣隔離的是一類，稱為隔離型TL直流變換器，包括Forward、Flyback、推挽、半橋、復合式全橋、組合式半橋、全橋三相等TL變換器。按開關管電壓鉗位的方式可以分為二極管鉗位型、飛跨電容型以及混合型TL直流變換器。按輸出電壓波形是否是三電平電壓波形進行分類又分為兩類，非隔離TL直流變換器以及全橋TL變換器、組合式半橋TL變換器、復合式全橋TL變換器和三相三電平直流變換器可以得到三電平電壓波形。正激TL變換器、反激TL變換器、推挽TL變換器和半橋TL變換器不能得到三電平電壓波形。圖1是最早提出的二極管鉗位型三電平直流變換器。

圖1是現有的二極管鉗位型三電平直流變換器。它最突出的特點是各開關管的電壓應力是零電壓PWM全橋變換器(ZVS PWM FB Converter)中開關管電壓應力的一半。即只有輸入電壓的1/2，除此之外它還具有ZVS PWM FB Converter所有的優點：可以使用脈寬調制方式實現ZVS、開關頻率恒定、開關損耗小等等。但是也存在不足之處：存在副邊占空比丟失，且輕載時實現ZVS較困難；整流二極管上的反向恢復效應以及諧振電感與二極管結電容發生諧振，造成整流二極管上的電壓尖峰。滯后橋臂開關管不能實現ZCS零電流開關，為了解決上述問題，本發明提出了一種有源控制一次電流關斷的軟開關三電平直流變換器。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種有源控制一次電流關斷的軟開關三電平直流變換器，該變換器使得直流輸入母線與IGBT之間的寄生電感小，抑制了整流二極管上的寄生振蕩和減小了電壓尖峰，以保證輸入高頻直流變換器的安全運行。