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近年來(lái)，人們對(duì)電力電子裝置的電壓等級(jí)和功率等級(jí)的要求不斷提高，多電平變換器作為順應(yīng)這一潮流的一種解決方案，正受到越來(lái)越多的關(guān)注，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。另一方面，高頻化一直是電力電子學(xué)追求的目標(biāo)之一，伴隨著高頻化，功率器件的開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾EMI）問(wèn)題成為日益突出的矛盾，由此軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它成為降低開(kāi)關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率，改善EMI，提高系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要手段。為改善高頻工作條件下，三電平CUK 電路的效率和EMI 問(wèn)題，適用于單端變換器的最小電壓應(yīng)力無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)吸收單元應(yīng)用于該電路，在實(shí)現(xiàn)三電平的同時(shí)改善了功率開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的效率。
三電平無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)電路
單相三電平電路的主電路如圖1所示，在相同輸出電壓條件下，開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力減低一半，從而相應(yīng)的通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗有所減小，但當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，這些損耗依然可觀，并且EMI 噪聲隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高而越來(lái)越嚴(yán)重，因此，使用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高效率，降低EMI，仍然是必要和有意義的。DC DC變換器的開(kāi)關(guān)損耗和EMI 噪聲主要來(lái)自于開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程，當(dāng)采用功率MOSFET管作為開(kāi)關(guān)器件時(shí)，上述問(wèn)題來(lái)源于以下三個(gè)方面：
1）MOSFET 開(kāi)通過(guò)程中，由續(xù)流二極管反向恢復(fù)電流導(dǎo)致的電流浪涌，這個(gè)過(guò)電流是開(kāi)通損耗和di At 的主要來(lái)源。
2）MOSFET的漏-源寄生電容的放電所導(dǎo)致的過(guò)電流，它可以被有源吸收電路去除，但不能被無(wú)源吸收電路去除。
3）關(guān)斷過(guò)程中，MOSFET 漏-源極之間的電壓快速上升，它導(dǎo)致了高的dv dt 和關(guān)斷損耗。
圖1三電平CUK 變換器主電路結(jié)構(gòu)
為改善這些問(wèn)題，研究者們提出了許多軟開(kāi)關(guān)（3）具有最小電壓應(yīng)力的無(wú)方案。這里采用文獻(xiàn)源無(wú)損吸收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三電平的軟開(kāi)關(guān)工作。
1.1、電路拓?fù)浜突驹?/strong>
1.2、工作過(guò)程分析
2.2、在分析工作過(guò)程之前作如下假設(shè)
1）除續(xù)流二極管外，所有器件均為理想器件。
電路又回到與階段1開(kāi)始時(shí)刻相同的運(yùn)行狀態(tài)，等到下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的到來(lái)。
無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)電路參數(shù)設(shè)計(jì)
無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)電路無(wú)需額外的檢測(cè)和控制電路，但必須合理設(shè)計(jì)無(wú)源器件的參數(shù)，才能保證電路的正確運(yùn)行。從上文的工作過(guò)程，可以得出以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
仿真結(jié)果
為了驗(yàn)證上述三電平電路控制方法的正確性，利用Pspice9.1仿真軟件進(jìn)行了仿真研究。仿真中相關(guān)電路參數(shù)如下： 諧振電感Ln 2）為18yH，諧輔振電容Cn 2） 為43nF，儲(chǔ)能電容Ca 2） 為1pF，助二極管VDi 2）1，VD 0）2，VD 2）3為MUR8100。圖5a所示為硬開(kāi)關(guān)條件下，開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管的電壓和電流波形，圖5b 所示為附加無(wú)源無(wú)損吸收單元后，開(kāi)關(guān)管和續(xù)流- 二極管的電壓和電流波形，顯然，后者很好地實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管的軟開(kāi)關(guān)運(yùn)行。從圖中可以看出，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通過(guò)程是很好的零電流開(kāi)通，但關(guān)斷過(guò)程，電壓和電流有一很小重疊區(qū)域，事實(shí)上，如果增大諧振電容管電壓的上升斜率將減小，零電壓關(guān)斷的Cr 2），情況會(huì)更好，只是相應(yīng)的開(kāi)通電流過(guò)沖會(huì)增大，圖中的軟開(kāi)關(guān)過(guò)程是在綜合考慮開(kāi)通電流過(guò)沖和關(guān)斷電壓緩升后，折中選擇電路參數(shù)所得到的結(jié)果。并且，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程無(wú)過(guò)壓，驗(yàn)證了前文的分析。
結(jié)束語(yǔ)
利用電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)，為提高系統(tǒng)效率，改善電力電子裝置EMI 特性。提出了一種新穎的三電平無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)電路拓?fù)?。著重研究了將一種無(wú)原理性過(guò)壓的無(wú)源無(wú)損吸收電路單元應(yīng)用到三電平電路中，文中詳細(xì)地介紹了其原理和工作過(guò)程，出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并進(jìn)行了仿真研仿真結(jié)究，果表明理論分析的正確性，和硬開(kāi)關(guān)相比，該電路
不僅實(shí)現(xiàn)了三電平的功能，而且所有功率器件均工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)管無(wú)原理性過(guò)壓，系統(tǒng)效率同時(shí)，由于采用的是無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，所高。以并沒(méi)有帶來(lái)控制上的復(fù)雜性。是一種既有理論意義，又有實(shí)用價(jià)值的電路拓?fù)洹?/p>
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