[发明专利]三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构

说明书

本发明公开了三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构，包括：一单相三电平半桥逆变电路、一软开关辅助电路，一耦合变压器、一不控全波整流电路、一滤波电路和一负载电阻。利用三电平技术有利于减小开关管的电压应力；利用软开关辅助电路可使超前管和滞后管在电路工作过程中是解耦的，并使滞后管在轻载的时候也能有足够的能量实现零电压开关；利用磁集成技术，将两个变压器集成在一个磁芯上，这两个变压器交替地工作于正激状态和反激状态；利用反激变压器具有滤波电感作用，直流滤波电路可省去滤波电感，仅由滤波电容构成。因此该拓扑结构具有适用于高压输入场合，能在较宽的负载范围内实现软开关，功率密度高等优点。

技术领域

本发明涉及电力电子直流-直流变换技术领域，具体而言涉及一种高功率密度、高输入和高变压器利用率，并且在较宽的负载范围内能实现零电压软开关的三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构。

背景技术

DC-DC变换器有着广泛的应用，而伴随着科技技术的不断发展，人们对电力电子装置的电压和功率等级的要求也跟着不断的提高。所以，为了降低开关管的电压等级，提高效率，降低成本，巴西学者J.Pinherio和I.Barbi提出了三电平直流变换器的概念，另外，高频化也是人们所追求的目标，所以功率器件的开关损耗备受关注，软开关技术也应运而生。随后，不少研究都围绕着三电平电路拓扑、软开关技术和控制方法在不断的进步。

传统的三电平零电压软开关直流变换器，其拓扑电路的特点是引进了大容量的飞跨电容,变换器工作时其电压稳定在输入电压的一半，使得超前管，滞后管实现软开关的条件相互独立，互不干扰，并且将移相技术与软开关技术结合起来，能很好的降低电路中的损耗，提高效率，因此，非常适合高输入电压中大功率场合。但其存在一定问题，例如，由于只有漏感的能量参与开关内结电容的谐振，所以滞后臂在轻载情况下很难实现软开关；变换器的效率低，零状态时间长；谐振电感的存在，使得变压器副边有占空比丢失现象，变压器漏感越大，占空比损失越大，次级占空比越小；副边整流二极管电压尖峰大。为了滞后桥臂也能在较宽的负载范围内实现软开关，可以增加变压器的漏感，但这样就降低了变压器的利用率，也可以增加两个饱和电感作为开关，分别与整流二极管的阳极串联，但电路的功率密度下降，成本变大。

在直直变换器中，正激式变换电路功率大，可靠度高，但其变压器需要磁芯复位，并且多了一个续流二极管，使电路的器件多，增大成本；反激式变换电路结构简单，成本较低，但其峰值电流较大，输出电压纹波大。所以，正反激组合变换器应运而生，相继出现了零电压转换正反激直直变换器、有源箝位正反激变换器等，但其都对电压和功率等级有限制，适合中小功率的场合。

综上所述，在确保电路的功率密度较大，变压器利用率较高，并且具有较高输入电压的情况下，也能在较宽的负载范围内实现软开关，使得开关器件损耗小，是待研究的热点。

发明内容

本发明目的在于提供了一种三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构，该电路拓扑结构利用三电平技术有利于减小开关管的电压应力，使变换器适用于高压输入场合。增加软开关辅助电路确保滞后管在轻载的时候也能有足够的能量实现零电压开关，具有在较宽的负载范围内实现软开关的优点。采用磁集成技术设计耦合变压器，可有效的提高变压器的利用率，减小变压器体积重量。由于耦合变压器在反激状态工作时，具有滤波电感作用，因此直流滤波电路只由一个滤波电容构成，省去了滤波电感，有利于减小变换器的体积，提高变换器的功率密度。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构，该电路拓扑主要包括：单相三电平半桥逆变电路、软开关辅助电路，耦合变压器、不控全波整流电路、滤波电路(C_o)和负载电阻(R)。