摘要：分析和比較了三電平直流變換器各種軟開關拓撲的工作原理和主要特點，并討論了其研究應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，對三電平直流變換器軟開關技術(shù)的研究方向提出了建議。

關鍵詞：軟開關；三電平；直流變換器；拓撲結(jié)構(gòu)

1引言

近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對直流變換裝置的要求越來越高，尤其是在高壓大功率應用場合。為了減小高壓大功率變換器開關器件的電壓應力，提出了三電平直流變換器的方案，該方法可使開關管的電壓應力是輸入直流電壓的一半。

為了提高三電平直流變換器的動態(tài)性能和靜態(tài)性能，同時減小輸出濾波器的體積、重量和造價，則希望三電平直流變換器的工作頻率越高越好。但是，由于功率開關器件的非理想特性，通常功率開關器件是在電壓不為零的情況下開通，在電流不為零的情況下關斷，這種開關過程稱為硬開關過程。在硬開關狀態(tài)下工作的功率變換器，隨著開關頻率的上升，一方面開關器件的開關損耗會成正比地增大，使電路的效率大大降低，處理功率的能力大幅度減?。涣硪环矫?，過高的dv/dt和di/dt會產(chǎn)生越來越嚴重的電磁干擾（EMI）。為克服三電平直流變換器在硬開關狀態(tài)下工作的諸多問題，提出了各種各樣的軟開關技術(shù)，以達到在提高功率變換器開關頻率的同時，降低開關損耗和減少由開關引起的EMI[1]。

2三電平直流變換器[2]

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對電能變換裝置的要求越來越高，特別是對輸入功率因數(shù)的要求越來越高。三相功率因數(shù)校正變換器輸出電壓一般為DC760～800V，有時甚至達到1000V，這就要求提高后級直流變換器開關管的電壓定額，使得很難選擇合適的開關管。為了克服這個問題，Barbi教授提出了三電平直流變換器(Three－levelConverters)的概念，在該變換器中，開關管的電壓應力是輸入直流電壓的一半。

三電平直流變換器的基本電路如圖1所示。電

圖1基本的三電平直流變換器

圖2零電壓開關三電平直流變換器

容Cd1和Cd2容量相等，并且很大，它們的電壓均為輸入直流電壓的一半，即Ud1=Ud2=Uin/2。VD5和VD6為鉗位二極管，通過控制四只開關管VT1～VT4，在A、B兩點得到了一個幅值為Uin/2的交流方波電壓uAB。經(jīng)過高頻變壓器和輸出整流橋后，在C、D兩點得到幅值為Uin/2N的直流脈沖電壓，再經(jīng)過輸出濾波后得到輸出直流電壓U0。N是變壓器的原副邊匝數(shù)比。通過調(diào)節(jié)uCD的占空比，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U0。

3三電平直流變換器的軟開關技術(shù) 如前所述，為了提高開關頻率，必須實現(xiàn)開關管的軟開關。目前相關文獻已提出了幾種軟開關三電平直流變換器，大體上可分為兩類：零電壓開關(ZeroVoltageSwitching)三電平直流變換器[3]和零電壓/零電流開關(ZeroVoltageandZeroCurrentSwitching)三電平直流變換器[5]。

3.1零電壓開關三電平直流變換器

零電壓開關三電平直流變換器[3]是在基本直流變換器的基礎上，外加了變換電感和電容。如圖2所示，C1、C2、C3、C4是開關管的結(jié)電容，L1k是變換電感，由外部電感和變壓器的漏感組成。零電壓開關三電平直流變換器利用結(jié)電容C1、C2、C3、C4實現(xiàn)各開關管的零電壓關斷；通過儲存在變換電感L1k中的能量對結(jié)電容進行充放電，使相應的結(jié)電容兩端電壓達到零，借此來實現(xiàn)開關管的零電壓開通。

該電路的優(yōu)點是：

1）電路拓撲結(jié)構(gòu)簡單；

2）負載波動不大時，基本上實現(xiàn)了零電壓開關；

3）開關管的電壓應力是輸入直流電壓的一半。