專利名稱：低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能變換裝置的直流變換器及其控制方法，尤其涉及一種低壓寬輸入推 挽正激三電平直流變換器及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著化石能源的不斷緊缺和環(huán)境污染的不斷加劇，基于新能源和可再生能源的分布式 發(fā)電系統(tǒng)已成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，直直變換器是其中的一個(gè)重要組成部分。而新能源和可 再生能源，如燃料電池、光伏電池等，輸出電壓隨負(fù)載和環(huán)境的變化而變化，變化范圍 較寬。傳統(tǒng)推挽正激三電平直流變換器除可以降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力外，由于可工作 在三電平和兩電平2種工作模式，也適合于寬輸入電壓的場(chǎng)合。但2種工作模式所有功率 開關(guān)管電壓應(yīng)力之和與傳統(tǒng)推挽正激直流變換器一樣，為4倍的輸入電壓，而且傳統(tǒng)的推
挽正激三電平直流變換器一般需要飛跨電容箝位功率開關(guān)管的電壓。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提出一種低壓寬輸入推挽正激三 電平直流變換器及其控制方法。
本發(fā)明低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器，包括輸入分壓電容電路和整流濾波電 路，其中輸入分壓電容電路包括輸入電源、第一輸入分壓電容、第二輸入分壓電容，整流
濾波電路包括四個(gè)整流二極管即第一整流二極管至第四整流二極管、濾波電感、濾波電容； 輸入電源的正極連接第一輸入分壓電容的正端構(gòu)成輸入分壓電容電路的正輸出端，輸入電 源的負(fù)極連接第二輸入分壓電容的負(fù)端構(gòu)成輸入分壓電容電路的負(fù)輸出端，第一輸入分壓 電容的負(fù)端連接第二輸入分壓電容的正端構(gòu)成輸入分壓電容電路的中端；第一整流二極管 的陰極分別接第三整流二極管的陰極和濾波電感的輸入端，濾波電感的輸出端接濾波電容 的正端，濾波電容的負(fù)端接第四整流二極管的陽極和第二整流二極管的陽極，第二整流二 極管的陰極接第一整流二極管的陽極，第四整流二極管的陰極接第三整流二極管的陽極； 還包括第一三電平支路、第二三電平支路、隔離變壓器和一個(gè)箝位電容，其中第一三
電平支路包括第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管和第五功率開關(guān)管，第二三電平支路包括 第三功率開關(guān)管、第四功率開關(guān)管和第六功率開關(guān)管，隔離變壓器包括第一原邊繞組、第
二原邊繞組和副邊繞組；第五功率開關(guān)管的源極接輸入分壓電容電路的中端，第五功率開 關(guān)管的漏極分別接第一功率開關(guān)管的源極和第二功率開關(guān)管的漏極，第一功率開關(guān)管的漏 極分別接輸入分壓電容電路的正輸出端和隔離變壓器的第二原邊繞組的異名端，第二功率 開關(guān)管的源極分別接箝位電容的負(fù)端和隔離變壓器的第一原邊繞組的同名端，隔離變壓器 的第二原邊繞組的同名端分別接箝位電容的正端和第三功率開關(guān)管的漏極，第三功率開關(guān) 管的源極分別接第四功率開關(guān)管的漏極和第六功率開關(guān)管的源極，第六功率開關(guān)管的漏極 接輸入分壓電容電路的中端，隔離變壓器的第一原邊繞組的異名端分別接第四功率開關(guān)管 的源極和輸入分壓電容電路的負(fù)輸出端，隔離變壓器的副邊繞組的同名端分別接第一整流 二極管的陽極和第二整流二極管的陰極，隔離變壓器的副邊繞組的異名端分別接第三整流 二極管的陽極和第四整流二極管陰極。
低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器的控制方法，將采樣的低壓寬輸入推挽正激三 電平直流變換器的輸出電壓與給定的基準(zhǔn)電壓經(jīng)過電壓環(huán)調(diào)節(jié)器后得到調(diào)節(jié)信號(hào)；將鋸齒 波發(fā)生器產(chǎn)生的第一鋸齒波載波信號(hào)經(jīng)過直流偏置電路得到第二鋸齒波載波信號(hào)；
當(dāng)?shù)蛪簩捿斎胪仆煺と娖街绷髯儞Q器處于三電平模式，將所述調(diào)節(jié)信號(hào)與第一鋸 齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第一比較器、第一邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第二功率開關(guān)管和第 三功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)，將第二功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第二驅(qū)動(dòng)電路得到第二功率
開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將第三功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第三驅(qū)動(dòng)電路得到第三功率開關(guān)管 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第三功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為1S0?；パa(bǔ)信 號(hào)即第二功率開關(guān)管與第三功率開關(guān)管180?；パa(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷；將所述調(diào)節(jié)信號(hào)與第二鋸齒波 載波信號(hào)依次經(jīng)過第二比較器、第二邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第一功率開關(guān)管和第四功 率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)，將第一功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第一驅(qū)動(dòng)電路得到第一功率開關(guān)
管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第一功率開關(guān)管為PWM調(diào)制，將第一功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)
過第一反相器和第五驅(qū)動(dòng)電路得到第五功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將第四功率開關(guān)管的開關(guān)
信號(hào)經(jīng)過第四驅(qū)動(dòng)電路得到第四功率開關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第四功率開關(guān)管為PWM調(diào) 制且與第一功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180°，將第四功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第二 反相器和第六驅(qū)動(dòng)電路得到第六功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中第一功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 與第五功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)信號(hào)即第一功率開關(guān)管與第五功率開關(guān)管交替導(dǎo)通、 關(guān)斷，第四功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第六功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)信號(hào)即第四功率開 關(guān)管與第六功率開關(guān)管交替導(dǎo)通、關(guān)斷；
當(dāng)?shù)蛪簩捿斎胪仆煺と娖街绷髯儞Q器處于二電平模式，將所述調(diào)節(jié)信號(hào)與第一鋸
齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第一比較器、第一邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第二功率開關(guān)管和第 三功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)，將第二功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第二驅(qū)動(dòng)電路得到第二功率 開關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第二功率開關(guān)管為PWM調(diào)制，將第三功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)經(jīng) 過第三驅(qū)動(dòng)電路得到第三功率開關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第三功率開關(guān)管為PWM調(diào)制且與 第二功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180°;將所述調(diào)節(jié)信號(hào)與第二鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第
二比較器、第二邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第一功率開關(guān)管和第四功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)， 將第一功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第一驅(qū)動(dòng)電路得到第一功率開關(guān)管的低電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即
第一功率開關(guān)管常斷，將第一功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第一反相器和第五驅(qū)動(dòng)電路 得到第五功率開關(guān)管的高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第五功率開關(guān)管常通，將第四功率開關(guān)管的開關(guān) 信號(hào)經(jīng)過第四驅(qū)動(dòng)電路得到第四功率開關(guān)管的低電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第四功率開關(guān)管常斷，將 第四功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第二反相器和第六驅(qū)動(dòng)電路得到第六功率開關(guān)管的高
電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第六功率開關(guān)管常通。
本發(fā)明適合于低壓寬輸入的場(chǎng)合；無需飛跨電容箝位功率開關(guān)管的電壓；可以減小兩電 平模式下第二功率開關(guān)管和第三功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，從而可以選擇較低導(dǎo)通電阻的功率 開關(guān)管，減小導(dǎo)通損耗。
圖l:本發(fā)明電路拓?fù)鋱D； 圖2:本發(fā)明控制原理圖3:本發(fā)明三電平工作模式主要波形示意圖； 圖4:本發(fā)明兩電平工作模式主要波形示意圖5:本發(fā)明三電平工作模式和兩電平工作模式下開關(guān)模態(tài)1等效電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6:本發(fā)明三電平工作模式下開關(guān)模態(tài)2等效電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7:本發(fā)明兩電平工作模式下開關(guān)模態(tài)2等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中的主要符號(hào)名稱:輸入電源，d、 C2 :第一、第二輸入分壓電容，Si S6 : 第一至第六功率開關(guān)管，C:箝位電容，NP1、 NP2、 Ns:隔離變壓器的第一、第二原邊繞組 和副邊繞組，Di D4:第一至第四輸出整流二極管，丄y:濾波電感，C/:濾波電容，i^: 負(fù)載，t/。輸出電壓，WW」與^兩點(diǎn)間電壓。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示。低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器，包括輸入分壓電容電路1和整
流濾波電路5，其中輸入分壓電容電路1包括輸入電源[/, 、第一輸入分壓電容C。第二輸 入分壓電容q，整流濾波電路5包括四個(gè)整流二極管即第一整流二極管A至第四整流二極
管"4、濾波電感z,、濾波電容c,;輸入電源t4的正極連接第一輸入分壓電容c;的正端構(gòu)
成輸入分壓電容電路1的正輸出端，輸入電源L/,,的負(fù)極連接第二輸入分壓電容q的負(fù)端構(gòu)
成輸入分壓電容電路i的負(fù)輸出端，第一輸入分壓電容c,的負(fù)端連接第二輸入分壓電容q
的正端構(gòu)成輸入分壓電容電路1的中端；第一整流二極管A的陰極分別接第三整流二極管 A的陰極和濾波電感Z,的輸入端，濾波電感Z,的輸出端接濾波電容C,的正端，濾波電容
c,的負(fù)端接第四整流二極管At的陽極和第二整流二極管A的陽極，第二整流二極管A的
陰極接第一整流二極管Z),的陽極，第四整流二極管￡)4的陰極接第三整流二極管/)3的陽極； 還包括第一三電平支路2、第二三電平支路3、隔離變壓器4和一個(gè)箝位電容C，其中 第一三電平支路2包括第一功率開關(guān)管&、第二功率開關(guān)管&和第五功率開關(guān)管55，第二 三電平支路3包括第三功率開關(guān)管&、第四功率開關(guān)管&和第六功率開關(guān)管&，隔離變壓 器4包括第一原邊繞組A^、第二原邊繞組A^和副邊繞組A^;第五功率開關(guān)管55的源極 接輸入分壓電容電路1的中端，第五功率開關(guān)管&的漏極分別接第一功率開關(guān)管《的源極 和第二功率開關(guān)管&的漏極，第一功率開關(guān)管S的漏極分別接輸入分壓電容電路1的正輸 出端和隔離變壓器的第二原邊繞組iN^的異名端，第二功率開關(guān)管&的源極分別接箝位電 容C的負(fù)端和隔離變壓器的第一原邊繞組iVw的同名端，隔離變壓器的第二原邊繞組A^的 同名端分別接箝位電容C的正端和第三功率開關(guān)管&的漏極，第三功率開關(guān)管^的源極分 別接第四功率開關(guān)管&的漏極和第六功率開關(guān)管&的源極，第六功率開關(guān)管&的漏極接輸 入分壓電容電路l的中端，隔離變壓器的第一原邊繞組iS"的異名端分別接第四功率開關(guān)管 &的源極和輸入分壓電容電路1的負(fù)輸出端，隔離變壓器的副邊繞組A^的同名端分別接第 一整流二極管￡\的陽極和第二整流二極管A的陰極，隔離變壓器的副邊繞組Ws的異名端 分別接第三整流二極管"3的陽極和第四整流二極管"4陰極。
如圖2所示，所述的低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器的控制方法，將采樣的低 壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器的輸出電壓C/。與給定的基準(zhǔn)電壓^經(jīng)過電壓環(huán)調(diào)節(jié) 器后得到調(diào)節(jié)信號(hào)K;將鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的第一鋸齒波載波信號(hào)經(jīng)過直流偏置電路得到 第二鋸齒波載波信號(hào)；
當(dāng)?shù)蛪簩捿斎胪仆煺と娖街绷髯儞Q器處于三電平模式，將所述調(diào)節(jié)信號(hào)"與第一 鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第一比較器、第一邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第二功率開關(guān)管^ 和第三功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)，將第二功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第二驅(qū)動(dòng)電路得到 第二功率開關(guān)管^的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將第三功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第三驅(qū)動(dòng)電路得到第 三功率開關(guān)管^的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二功率開關(guān)管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第三功率開關(guān)管&的驅(qū)
動(dòng)信號(hào)為180?；パa(bǔ)信號(hào)即第二功率開關(guān)管&與第三功率開關(guān)管&180?；パa(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷；將所
述調(diào)節(jié)信號(hào)f/e與第二鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第二比較器、第二邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得
到第一功率開關(guān)管s和第四功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)，將第一功率開關(guān)管s的開關(guān)信號(hào)經(jīng)
過第一驅(qū)動(dòng)電路得到第一功率開關(guān)管S,的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第一功率開關(guān)管^為PWM調(diào) 制，將第一功率開關(guān)管^的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第一反相器和第五驅(qū)動(dòng)電路得到第五功率開 關(guān)管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將第四功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第四驅(qū)動(dòng)電路得到第四功率開關(guān) 管&的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第四功率開關(guān)管&為PWM調(diào)制且與第一功率開關(guān)管^的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)相差180°，將第四功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第二反相器和第六驅(qū)動(dòng)電路得到第 六功率開關(guān)管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中第一功率開關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第五功率開關(guān)管&的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)信號(hào)即第一功率開關(guān)管&與第五功率開關(guān)管&交替導(dǎo)通、關(guān)斷，第四功率開 關(guān)管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第六功率開關(guān)管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)信號(hào)即第四功率開關(guān)管&與第 六功率開關(guān)管&交替導(dǎo)通、關(guān)斷；
當(dāng)?shù)蛪簩捿斎胪仆煺と娖街绷髯儞Q器處于二電平模式，將所述調(diào)節(jié)信號(hào)C4與第一 鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第一比較器、第一邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第二功率開關(guān)管^ 和第三功率開關(guān)管^的開關(guān)信號(hào)，將第二功率開關(guān)管^的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第二驅(qū)動(dòng)電路得到 第二功率開關(guān)管&的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第二功率開關(guān)管&為PWM調(diào)制，將第三功率開關(guān) 管&的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第三驅(qū)動(dòng)電路得到第三功率開關(guān)管&的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第三功率開 關(guān)管&為PWM調(diào)制且與第二功率開關(guān)管^的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180°;將所述調(diào)節(jié)信號(hào)C/e與第
二鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第二比較器、第二邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第一功率開關(guān)管 S和第四功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)，將第一功率開關(guān)管S的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第一驅(qū)動(dòng)電路得 到第一功率開關(guān)管&的低電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第一功率開關(guān)管&常斷，將第一功率開關(guān)管S的 開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第一反相器和第五驅(qū)動(dòng)電路&的高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第五功率開關(guān)管&常 通，將第四功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第四驅(qū)動(dòng)電路得到第四功率開關(guān)管&的低電平驅(qū) 動(dòng)信號(hào)即第四功率開關(guān)管&常斷，將第四功率開關(guān)管&的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第二反相器和 第六驅(qū)動(dòng)電路得到第六功率開關(guān)管S6的高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第六功率開關(guān)管S6常通。
本發(fā)明的適合低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器主電路由輸入分壓電容電路1 、第 一、第二三電平支路2、 3、箝位電容C、隔離變壓器4、整流橋及濾波電路5組成。其中， 分壓電容G和C2容量很大且相等，其電壓均為輸入電源的電壓t/的一半，即 t/ci=f/C2=f//2，可看作電壓為t//2的電壓源。
控制方法如下不考慮功率開關(guān)管之間的死區(qū)，延時(shí)和功率開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間，第一 功率開關(guān)管Si驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第五功率開關(guān)管Ss驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)；第四功率開關(guān)管S4驅(qū)動(dòng)信號(hào) 和第六功率開關(guān)管S6驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。存在三電平和兩電平2種工作模式，當(dāng)處于三電平工
作模式時(shí)，第二功率開關(guān)管S2和第三功率開關(guān)管S3l8(T互補(bǔ)導(dǎo)通，第一功率開關(guān)管Si和第
四功率開關(guān)管S4以PWM工作方式進(jìn)行工作；當(dāng)處于兩電平工作模式時(shí)，第一功率開關(guān)管 Si和第四功率開關(guān)管S4常斷即占空比為0，第五功率開關(guān)管Ss和第六功率開關(guān)管S6常通即
占空比為1，第二功率開關(guān)管S2和第三功率開關(guān)管S3以PWM工作方式進(jìn)行工作。
在三電平工作模式下，第一、第四功率開關(guān)管Si和S4存在兩種開關(guān)模式 一種是第 一、第四功率開關(guān)管S,和S4分別與第五、第六功率開關(guān)管S5和S6同時(shí)關(guān)斷，即變壓器副 邊整流電壓先出現(xiàn)1/2電平，后出現(xiàn)l電平；另一種是第一、第四功率開關(guān)管Si和S4分別 與第五、第六功率開關(guān)管Ss和S6同時(shí)開通，即變壓器副邊整流電壓先出現(xiàn)l電平，后出現(xiàn)
1/2電平。
以第一種功率開關(guān)管S!和S4的開關(guān)模式為例，結(jié)合圖5 圖6敘述本發(fā)明三電平模式 下的具體工作原理。
由圖3可知整個(gè)變換器在一個(gè)開關(guān)周期有4種開關(guān)模態(tài)，分別是[&以前]、[化，W、 ^、 [/2， ^，其中["以前，W為前半周期，[h， W為后半周期。下面對(duì)各開關(guān)模態(tài)的工作 情況進(jìn)行具體分析。
在分析之前，作如下假設(shè)①所有功率開關(guān)管和二極管均為理想器件，不考慮開關(guān)時(shí) 間，導(dǎo)通壓降；②所有電感、電容和變壓器均為理想元件，NP1=NP2=NP， Ns/NP=w;③箝位 電容C足夠大，穩(wěn)態(tài)時(shí)其電壓近似恒定為C/。
1. 開關(guān)模態(tài)1 [Z()以前][對(duì)應(yīng)于圖5]
A)以前，第二、第五、第六功率開關(guān)管S2、 S5、 S6導(dǎo)通，其它功率開關(guān)管關(guān)斷。AB兩 點(diǎn)間電壓為"^= ^//2。第五、第六功率開關(guān)管Ss和S6導(dǎo)通，保證了第一、第四功率開關(guān)管 Si和S4承受的電壓都為f//2，則第三功率開關(guān)管S3承受的電壓為3t//2，因此無需飛跨電容 箝位第三功率開關(guān)管S3的電壓。副邊第一、第四整流二極管Di和D4導(dǎo)通，第二、第三整 流二極管D2和D3截止。原邊向副邊傳遞能量。
2. 開關(guān)模態(tài)2 [fo， A][對(duì)應(yīng)于圖6]
A)時(shí)刻關(guān)斷第五功率開關(guān)管Ss，第一功率開關(guān)管S!導(dǎo)通，第二、第六功率開關(guān)管S2、 S6維持導(dǎo)通。第五功率開關(guān)管Ss承受的電壓為C//2。 ^B電壓上升到"[/。原邊向副邊傳遞能量。
此后第三、第五功率開關(guān)管S3和S5導(dǎo)通，第一、第二功率開關(guān)管S!和S2關(guān)斷，原邊 給副邊提供能量。變換器開始另一半周期工作。
由圖4可知在兩電平工作模式下整個(gè)變換器在一個(gè)開關(guān)周期有4種開關(guān)模態(tài)，分別是[" 以前]、[/o， W、 ["， W、 [h， b]，其中[fo以前，W為前半周期，[n， M為后半周期。下面
對(duì)各開關(guān)模態(tài)的工作情況進(jìn)行具體分析。
1. 開關(guān)模態(tài)1 以前][對(duì)應(yīng)于圖5]
"以前，第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通，AB兩點(diǎn)間電壓為^fi= f//2。由于兩電平工作模式
下第五、第六功率開關(guān)管Ss和S6常通，第一、第四功率開關(guān)管S!和S4常斷，因此，第一、
第四功率開關(guān)管Si和S4承受的電壓都為C//2，則第三功率開關(guān)管S3承受的電壓為C7，比三 電平模式下電壓應(yīng)力減小C//2。副邊第一、第四整流二極管D!和D4導(dǎo)通，第二、第三D2 和D3截止。原邊向副邊傳遞能量。
2. 開關(guān)模態(tài)2 [,o， h][對(duì)應(yīng)于圖7〗
A)時(shí)刻關(guān)斷S2，功率開關(guān)管Sh S2、 S3和S4承受的電壓都為f//2。 Mw電壓下降到零，
副邊第一至第四整流二極管D「D4導(dǎo)通，副邊續(xù)流。
此后第三功率開關(guān)管S3導(dǎo)通，原邊給副邊提供能量。變換器開始另一半周期工作。 由上面分析可知，兩電平工作模式下功率開關(guān)管S2和S3的電壓應(yīng)力比傳統(tǒng)三電平推挽
正激直流變換器減小了 C//2。
權(quán)利要求
1. 一種低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器，包括輸入分壓電容電路(1)和整流濾波電路(5)，其中輸入分壓電容電路(1)包括輸入電源(Uin)、第一輸入分壓電容(C1)、第二輸入分壓電容(C2)，整流濾波電路(5)包括四個(gè)整流二極管即第一整流二極管(D1)至第四整流二極管(D4)、濾波電感(Lf)、濾波電容(Cf)；輸入電源(Uin)的正極連接第一輸入分壓電容(C1)的正端構(gòu)成輸入分壓電容電路(1)的正輸出端，輸入電源(Uin)的負(fù)極連接第二輸入分壓電容(C2)的負(fù)端構(gòu)成輸入分壓電容電路(1)的負(fù)輸出端，第一輸入分壓電容(C1)的負(fù)端連接第二輸入分壓電容(C2)的正端構(gòu)成輸入分壓電容電路(1)的中端；第一整流二極管(D1)的陰極分別接第三整流二極管(D3)的陰極和濾波電感(Lf)的輸入端，濾波電感(Lf)的輸出端接濾波電容(Cf)的正端，濾波電容(Cf)的負(fù)端接第四整流二極管(D4)的陽極和第二整流二極管(D2)的陽極，第二整流二極管(D2)的陰極接第一整流二極管(D1)的陽極，第四整流二極管(D4)的陰極接第三整流二極管(D3)的陽極；其特征在于還包括第一三電平支路(2)、第二三電平支路(3)、隔離變壓器(4)和一個(gè)箝位電容(C)，其中第一三電平支路(2)包括第一功率開關(guān)管(S1)、第二功率開關(guān)管(S2)和第五功率開關(guān)管(S5)，第二三電平支路(3)包括第三功率開關(guān)管(S3)、第四功率開關(guān)管(S4)和第六功率開關(guān)管(S6)，隔離變壓器(4)包括第一原邊繞組(NP1)、第二原邊繞組(NP2)和副邊繞組(NS)；第五功率開關(guān)管(S5)的源極接輸入分壓電容電路(1)的中端，第五功率開關(guān)管(S5)的漏極分別接第一功率開關(guān)管(S1)的源極、第二功率開關(guān)管(S2)的漏極，第一功率開關(guān)管(S1)的漏極分別接輸入分壓電容電路(1)的正輸出端和隔離變壓器的第二原邊繞組(NP2)的異名端，第二功率開關(guān)管(S2)的源極分別接箝位電容(C)的負(fù)端和隔離變壓器的第一原邊繞組(NP1)的同名端，隔離變壓器的第二原邊繞組(NP2)的同名端分別接箝位電容(C)的正端和第三功率開關(guān)管(S3)的漏極，第三功率開關(guān)管(S3)的源極分別接第四功率開關(guān)管(S4)的漏極和第六功率開關(guān)管(S6)的源極，第六功率開關(guān)管(S6)的漏極接輸入分壓電容電路(1)的中端，隔離變壓器的第一原邊繞組(NP1)的異名端分別接第四功率開關(guān)管(S4)的源極和輸入分壓電容電路(1)的負(fù)輸出端，隔離變壓器的副邊繞組(NS)的同名端分別接第一整流二極管(D1)的陽極和第二整流二極管(D2)的陰極，隔離變壓器的副邊繞組(NS)的異名端分別接第三整流二極管(D3)的陽極和第四整流二極管(D4)陰極。
2. —種基于權(quán)利要求1所述的低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器的控制方法，其 特征在于將采樣的低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器的輸出電壓(t/。)與給定的基 準(zhǔn)電壓(K)經(jīng)過電壓環(huán)調(diào)節(jié)器后得到調(diào)節(jié)信號(hào)(")；將鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的第一鋸齒波 載波信號(hào)經(jīng)過直流偏置電路得到第二鋸齒波載波信號(hào)；當(dāng)?shù)蛪簩捿斎胪仆煺と娖街绷髯儞Q器處于三電平模式，將所述調(diào)節(jié)信號(hào)(")與 第一鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第一比較器、第一邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第二功率開關(guān) 管(&)和第三功率開關(guān)管(&)的開關(guān)信號(hào)，將第二功率開關(guān)管(&)的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過 第二驅(qū)動(dòng)電路得到第二功率開關(guān)管(&)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將第三功率開關(guān)管(&)的開關(guān)信 號(hào)經(jīng)過第三驅(qū)動(dòng)電路得到第三功率開關(guān)管(&)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二功率開關(guān)管(&) 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第三功率開關(guān)管(&)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為180?；パa(bǔ)信號(hào)即第二功率開關(guān)管(&) 與第三功率開關(guān)管(&) 180。互補(bǔ)導(dǎo)通關(guān)斷；將所述調(diào)節(jié)信號(hào)(t4)與第二鋸齒波載波信 號(hào)依次經(jīng)過第二比較器、第二邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第一功率開關(guān)管(&)和第四功 率開關(guān)管(&)的開關(guān)信號(hào)，將第一功率開關(guān)管(S)的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第一驅(qū)動(dòng)電路得到 第一功率開關(guān)管(S)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第一功率開關(guān)管(S)為PWM調(diào)制，將第一 功率開關(guān)管(& )的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第一反相器和第五驅(qū)動(dòng)電路得到第五功率開關(guān)管(S5 ) 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將第四功率開關(guān)管(S4)的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第四驅(qū)動(dòng)電路得到第四功率開關(guān)管(54) 的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第四功率開關(guān)管(&)為PWM調(diào)制且與第一功率開關(guān)管(S) 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180。，將第四功率開關(guān)管(S4)的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第二反相器和第六驅(qū) 動(dòng)電路得到第六功率開關(guān)管(S6)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中第一功率開關(guān)管(s)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與 第五功率開關(guān)管(S5)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)信號(hào)即第一功率開關(guān)管(S)與第五功率開關(guān)管(55) 交替導(dǎo)通、關(guān)斷，第四功率開關(guān)管(&)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第六功率開關(guān)管(&)的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)信號(hào)即第四功率開關(guān)管(S4)與第六功率開關(guān)管(S6)交替導(dǎo)通、關(guān)斷；當(dāng)?shù)蛪簩捿斎胪仆煺と娖街绷髯儞Q器處于二電平模式，將所述調(diào)節(jié)信號(hào)(C/e)與 第一鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第一比較器、第一邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第二功率開關(guān) 管(S2)和第三功率開關(guān)管(&)的開關(guān)信號(hào)，將第二功率開關(guān)管(S2)的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過 第二驅(qū)動(dòng)電路得到第二功率開關(guān)管(S2 )的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第二功率開關(guān)管(S2 )為PWM 調(diào)制，將第三功率開關(guān)管(S3)的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第三驅(qū)動(dòng)電路得到第三功率開關(guān)管(S3) 的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第三功率開關(guān)管(S3)為PWM調(diào)制且與第二功率開關(guān)管(S2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差180°;將所述調(diào)節(jié)信號(hào)(C/e)與第二鋸齒波載波信號(hào)依次經(jīng)過第二比較器、第 二邏輯開關(guān)產(chǎn)生電路分別得到第一功率開關(guān)管(S)和第四功率開關(guān)管(S4)的開關(guān)信號(hào)， 將第一功率開關(guān)管(S)的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第一驅(qū)動(dòng)電路得到第一功率開關(guān)管(S)的低電 平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第一功率開關(guān)管(S)常斷，將第一功率開關(guān)管(S)的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過 第一反相器和第五驅(qū)動(dòng)電路得到第五功率開關(guān)管(S5)的高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第五功率開關(guān)管(S5)常通，將第四功率開關(guān)管(S4)的開關(guān)信號(hào)經(jīng)過第四驅(qū)動(dòng)電路得到第四功率開關(guān)管(S5)的低電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)即第四功率開關(guān)管(S4)常斷，將第四功率開關(guān)管(S4)的開關(guān)信號(hào)分別經(jīng)過第二反相器和第六驅(qū)動(dòng)電路得到第六功率開關(guān)管(S6)的高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào) 即第六功率開關(guān)管(S6)常通。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種低壓寬輸入推挽正激三電平直流變換器及其控制方法，屬直流變換器及其控制方法。本發(fā)明所述變換器由輸入分壓電容電路、第一和第二三電平支路、箝位電容、隔離變壓器、整流橋及濾波電路組成。本發(fā)明所述控制方法第一、第五功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)；第四、第六功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，存在三電平和兩電平2種工作模式，當(dāng)處于三電平工作模式時(shí)，第二、第三功率開關(guān)管180°互補(bǔ)導(dǎo)通，第一、第四功率開關(guān)管PWM調(diào)制；當(dāng)處于兩電平工作模式時(shí)，第一、第四功率開關(guān)管常斷，第五、第六功率開關(guān)管常通，第二、第三功率開關(guān)管PWM工作。本發(fā)明減小了導(dǎo)通損耗，提高了變換效率，而且省去了飛跨電容。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101388609SQ20081023496
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者嚴(yán)仰光, 姚志壘, 勤 王, 嵐 肖 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)