[发明专利]一种新型三电平软开关变换器

说明书

技术领域

本发明属于变换器技术领域，特别涉及一种新型三电平软开关变换器。

背景技术

随着通信，计算机行业的快速发展，对电源设备的要求越来越高。绿色电源的提出，使得对电力电子技术的环保性有了较高的要求。各种标准相继颁布，著名的如IEC1000-3-2、IEC555-2等，对电力电子设备的电磁兼容要求越来越严格。为了满足IEC61000-3-2的要求，必须采用功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)技术，三相PFC变换器的输出电压一般为760～1000VDC，为了减小谐波含量，其输出电压甚至要高于1000V，这使得后继的直流变换器的开关管的电压额定值也相应提高。为了解决这个问题，三电平变流器应运而生。

对三电平直流变换器的研究，国内外现在已有很多研究成果，建立了各种各样的三电平软开关直流变换器主电路拓扑和控制策略，大体上可分为两类：零电压开关(ZVS)三电平直流变换器和零电压零电流开关(ZVZCS)三电平直流变换器。通常情况下的三电平软开关直流变换器大多通过添加较多的辅助器件组成辅助回路来实现软开关，但同时是以增加了器件成本与导通损耗或加大了元件电压或电流应力为代价的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种新型三电平软开关变换器。

该变换器包括分压电容、箝位电路、逆变器电路、高频变压器、整流网络和滤波及辅助电路；其中分压电容包括电解电容C₁、C₂和直流母线，箝位电路包括二极管D_c1和D_c2，逆变器电路包括开关管Q₁～Q₄和电容C_s1～C_s4，高频变压器选用单端变压器或二次侧为带中间抽头的变压器，整流网络包括二极管D_o1和D_o2，滤波及辅助电路包括电感L_t1、L_t2、电解电容C_o和二极管D_f；

两个电解电容C₁、C₂串联组成分压电容，C₁的正极与直流母线的正极相连，C₁的负极与C₂的正极相连，C₂的负极与直流母线的负极相连，产生两个仅为输入电压一半的电压源E₁、E₂；逆变器电路由四个开关管Q₁～Q₄串联而成，Q₁的漏极/集电极与直流母线的正极相连，Q₁的源极/放射极与Q₂的漏极/集电极相连，Q₂的源极/放射极与Q₃的漏极/集电极相连，Q₃的源极/放射极与Q₄的漏极/集电极相连，Q₄的源极/放射极与直流母线的负极相连，其中D₁～D₄为Q₁～Q₄的寄生二极管，C_s1～C_s4为Q₁～Q₄的并联电容(开关管结电容或外并电容)；箝位电路由两个二极管D_c1和D_c2串联组成，D_c1的阴极与Q₁的源极/放射极(或Q₂的漏极/集电极)相连，D_c1的阳极与分压电容C₁和C₂的连接点相连，D_c2的阴极与分压电容C₁和C₂的连接点相连，D_c2的阳极与Q₃的源极/放射极(或Q₄的漏极/集电极)相连，另外在D_c1的阴极和D_c2的阳极之间跨接联结电容C_ss；高频变压器T可选用单端变压器或二次侧为带中间抽头的变压器，变压器励磁电感L_m并接于一次侧线圈两端，而变压器一次侧漏感L_k(可串联谐振电感)的两端分别与一次侧同名端和Q₂的源极/放射极(或Q₃的漏极/集电极)相连，另外一次侧非同名端与分压电容C₁和C₂的连接点相连，二次侧与整流网络相连；整流网络是由带中间抽头的高频变压器与和两个二极管D_o1、D_o2组成的全波整流电路，D_o1的阴极与整流输出端相连，D_o1的阳极与变压器二次侧的同名端相连，D_o2的阴极与整流输出端相连，D_o2的阳极与变压器二次侧的非同名端相连(或采用由单端变压器与和四个二极管D_o1～D_o4组成的桥式整流电路)；滤波及辅助电路与整流网络输出端相连，包括带有抽头的平滑电感L_t1、L_t2和电解电容C_o，L_t1、L_t2紧密结合，C_t1的同名端与整流输出端的正极相连，且同时与L_t2的非同名端相连，L_t1的非同名端与C_o的正极或整体输出端的正极相连；L_t2的同名端与二极管D_f的阴极相连，而D_f的阳极与C_o的负极或整体输出端的负极相连，当采用二次侧为带中间抽头的变压器时，同时与变压器二次侧的抽头相连。