一种半桥三电平ZVSPWMDC_DC变换器的研究

目前，开关电源正朝着高频、高效、环保等方向发展。

与传统拓扑结构相比，三电平变换器由于具有开关管电压应力为输入直流电压的一半，适合输入电压较高的场合，输出电压谐波小等优点，从而备受关注。

此外，伴随着高频化发展，出现了软开关技术，并结合三电平产生了不同拓扑的DC/DC变换器。

传统ZVS半桥三电平DC/DC变换器轻载时滞后管难以实现ZVS，且开通损耗严重。

ZVZCS变换器消除了ZVS三电平变换器零状态时变压器初级环流，减小了初级通态损耗，同时改善了占空比丢失问题，近年来得到了广泛研究。

这里提出一种新型ZVZCS半桥三电平DC/DC变换器，其次级采用了一个简单的无源筘位网络，通过这个无源箝位网络实现了超前桥臂在一定负载范围内的ZVS和滞后桥臂的ZCS。

2 主电路工作原理图1为新型半桥三电平DC/DC变换器拓扑。

由图1可见，次级采用的无源箝位网络主要由箝位电容CA和二极管VDA1，VDA2，VDA3构成。

变压器次级中心抽头通过VDA1连接到CA，将次级电压箝位在一个较低的水平。

Cs1，Cs2为等值的输入分压电容，VDc1，VDc2为箝位二极管，Css为飞跨电容，Llk为变压器漏感，n为变比，VDR1～VDR4为整流二极管，Lf，Cf分别为滤波电感、电容，Uin，Uo 为输入、输出直流电压。

采用移相PWM控制策略，工作波形如图2所示。

为简化分析，作如下假设：电路各器件均为理想元件；Lf足够大，其电流不变；将Cf看作恒压源。

变换器在半个稳态开关周期内有9个工作模态，分析如下：新周期开始前超前管VS1导通，负载电流通过整流二极管续流，a，b间电压、次级电压、初级电流分别为uab，urec，ip，此时uab=urec= 0，ip=0.模态1（t1～t2） t1时刻，滞后管VS2导通，新周期开始。

由于ip=0，VS2此时ZCS开通。

uab=Uin/2，ip线性增加。

由于ip仍小于负载电流Io折算到初级的值Io/n，VDR1～VDR4全部导通，urec为零，说明该模态中次级存在占空比丢失现象。

宽ZVS负载范围4开关三电平直流变换器石勇【期刊名称】《电源学报》【年(卷),期】2012(000)006【摘要】提出一种4开关PWM三电平ZVS直流变换器,该变换器由传统三电平直流变换器和对称控制的半桥直流变换器复合而成。

该电路非常适合高压直流变换领域。

该变换器具有如下优点：所有开关串行联接,每个开关器件承受Vin/2的电压应力;4开关构造输出三电平,可有效减小输入输出滤波器并提高变换器的动态响应时间;所有开关器件在较宽的负载范围内实现软开关。

文中分析了该电路的工作原理、软开关特性以及输入输出特性,并搭建了一套实验装置验证电路的基本工作原理。

实验结果表明该电路工作原理正确,可以正常工作。

%A novel 4 switches PWM ZVS TL DC-DC converter was proposed, which is composed of a conventional PWM TL half bridge converter and an uncontrolled HB converter. It is suitable for the high input voltage DC-DC power conversion. The presented topology has the following attractive features: all switches in the circuit sustain half of the input voltage without any static and dynamic voltage balance problem; only four active switches are used to synthesized TL output waveforms before output LC filter, which can significantly reduce the requirement for the input and output filter and improving system dynamic response; with proper designing, all switches can be operated under zero-voltage switching even with very small load current. The operation principle and characteristics of the proposedconverter were discussed, and experiments were carried out to validate the proposed converter.【总页数】9页(P83-91)【作者】石勇【作者单位】西安爱科赛博电气股份有限公司,陕西西安710019【正文语种】中文【中图分类】TM311【相关文献】1.直接驱动倍流同步整流ZVS三电平直流变换器 [J], 孙强;许雄伟;王阳;刘宝辉2.电压箝位ZVS推挽三电平直流变换器 [J], 马运东;阮新波;严仰光3.应用于宽输入电压范围的两模式切换型软开关谐振直流变换器 [J], 刘瑞欣;王议锋;韩富强;杨良;冀睿琳4.可全负载范围实现ZVS的复合式全桥三电平变换器 [J], 陈武;阮新波5.东芝面向物联网应用开发宽负载范围高效多输出直流变换器 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

华中科技大学硕士学位论文ZVS三电平DC/DC变换器的研究姓名：李小兵申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：李晓帆20060428摘 要直流变换器是电力电子变换器的重要组成部分，软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术，成为现代电力电子技术研究的热点之一。

由于对电源设备电磁兼容的要求的提高，一般在电源设备中都要加入功率因数校正环节，导致后继开关管电压应力的提高。

三电平直流变换器相应提出，主开关管的电压应力为输入直流电压的一半。

使得三电平直流变换器一提出就得到全世界电源专家和学者的重视，短短十几年内，相继提出许多种改进型三电平直流变换器，包括半桥式和全桥式。

根据主开关管实现软开关的不同，将三电平直流变换器分为零电压软开关和零电压零电流软开关。

本文首先给出了基本半桥式三电平DC/DC变换器，详细分析了其工作原理，讨论了主要参数的设计和由于次级整流二极管的反向恢复导致主开关管的电压尖峰。

接着给出一种带箝位二极管的改进型半桥式三电平DC/DC变换器。

文中给出了Saber软件的仿真结果，进一步证明改进方案的正确性和可行性。

针对前面讨论的两种半桥式三电平DC/DC变换器，设计了实验电路来验证理论分析的正确性，文中给出了实验结果。

接着研究了一种新型ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器，文中详细讨论了该变换器的工作原理，讨论了主要参数的设计过程，给出了仿真结果。

最后，设计了一台实验装置来验证理论分析的正确性，给出了实验结果，说明了主开关管可以在全负载范围内实现零电压软开关，变换器的效率在输入电压高端较高，并且次级整流二极管实现了零电流开关，二极管电压应力为输出电压的2倍。

本文通过理论分析、仿真研究和实验验证，证实了半桥式三电平DC/DC变换器的优越性能，改进型的半桥式三电平DC/DC变换器比较好地消除了主开关管上的电压尖峰。

ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器良好的性能，使得在有掉电维持时间限制的场合得到广泛应用。

数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器研究的开题报告一、研究背景及意义直流变换器由于具有调节性能好、效率高、质量轻、体积小、使用寿命长等优良特性，因此被广泛应用于各种领域，如工业控制、电力电子设备等。

发展至今，直流变换器研究已取得了许多成果，但在工作过程中，它也存在着一些问题，如输出电压波动、开关损耗大等，这些问题影响了直流变换器的性能和效率。

因此，为了提高直流变换器的性能和效率，需要对其进行改进和优化。

由于ZVZCS半桥三电平直流变换器具有工作稳定、效率高、输出电压波动小等优势，因此在电力电子领域中受到广泛关注。

与传统的直流变换器相比，ZVZCS半桥三电平直流变换器能够在较大电压范围内稳定工作，并且具有智能化、数字化、化简化等特点，因此在目前的研究中备受重视。

本文将探讨数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器的研究，通过分析其特点、建立数学模型，研究其控制策略，进而实现直流变换器性能的优化和提高，为电力电子领域的发展做出贡献。

二、研究内容及方法1.研究内容（1）ZVZCS半桥三电平直流变换器的结构及特点的分析（2）建立数学模型，包括直流母线、半桥三电平逆变器等（3）研究ZVZCS半桥三电平直流变换器的控制策略，包括电流控制、电压控制等（4）进行仿真实验，评估其性能和效率的提高情况2.研究方法（1）文献综合：综合国内外相关文献，对直流变换器的研究历史、现状和发展趋势进行深入了解，为本文的研究奠定基础。

（2）数学模型的建立：根据直流变换器的结构和特点，利用矩阵转换思想建立直流变换器的数学模型，以此为基础进行研究。

（3）控制策略的分析：基于数学模型，分析ZVZCS半桥三电平直流变换器的控制策略，包括电流控制、电压控制等，并对其优劣进行评估。

（4）仿真实验：利用MATLAB软件进行仿真实验，评估直流变换器的性能和效率，反复优化设计，以达到最佳效果。

三、预期成果及创新点1.预期成果（1）对ZVZCS半桥三电平直流变换器的结构及特点进行深入分析，建立其数学模型，研究其控制策略（2）通过仿真实验，评估其性能和效率的提高情况，最终实现直流变换器性能的优化和提高。

一种新型大功率ZVZCS三电平DC-DC变换器李启凡;石勇;康家玉;冯浪浪【期刊名称】《电源学报》【年(卷),期】2022(20)2【摘要】三电平直流变换器因其主开关器件电压应力仅为Vin/2且具有拓扑结构简单和软开关特性好等优点,受到工业界和学术界的广泛关注。

基于IGBT的零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)三电平DC-DC变换器是大功率高压直流变换的主流方案,具有通流能力强、软开关负载范围宽和原边通态损耗低等优点。

但目前ZVZCS三电平直流变换器仍存在原边电流复位困难和整流二极管电压应力高等问题,限制了该类变换器在大功率场合的应用。

提出一种新型ZVZCS飞跨电容型不对称PWM半桥三电平DC-DC变换器,采用电压可变电流复位电路,在保证主开关器件宽负载范围实现软开关的同时不增加副边整流二极管的电压应力,且复位电路中的MOSETs全负载范围ZVS(zero-voltage switching)关断和ZCS(zero-current switching)开通。

此外,该电路在飞跨电容两端串联一个双向开关,防止原边电流复位后反向,该双向开关在全负载范围可实现ZVS关断和ZCS开通,因此增加的损耗可以忽略。

讨论了电路的结构、工作原理和特性,设计了一台6.5 kW实验样机验证其工作原理。

【总页数】11页(P34-44)【作者】李启凡;石勇;康家玉;冯浪浪【作者单位】陕西科技大学电气与控制工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.一种新型的ZVZCS三电平变换器2.一种采用无源辅助网络的ZVZCS三电平DC-DC变换器3.一种新型高电压ZVZCS三电平DC/DC变换器的研究4.一种新型三电平双向DC-DC变换器5.新型容性整流ZVZCS三电平直流变换器因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ZVS的半桥三电平变换器的分析研究作者：张爱东任勇鲜万春来源：《中国科技博览》2013年第31期[摘要]半桥三电平变换器被广泛的运用于高压大功率场合中，为了减少损耗实现ZVS（零电压开通），本文在传统半桥三电平拓扑的基础上加入了箝位二极管与飞跨电容，并详细分析了移相控制方法下电路的工作原理，然后设计了系统参数，并用matlab进行了建模仿真，仿真结果表明在输入电压为4000V的直流电压时，可以输出100V~800V可调的直流电压，符合项目要求，验证了方案的可靠性与可行性。

[关键词]半桥三电平ZVSmatlab仿真中图分类号：Z126.27 文献标识码：Z 文章编号：1009―914X（2013）31―0615―021、引言由于半桥三电平变换器的主开关承受的最大电压应力只有输入直流母线电压的一半，因而特别适用于高压大功率场合。

在输入4000V直流电压，输出600V直流电压的开关电源中，为了降低IGBT的耐压值、减少线路的损耗、提高线路的传输效率、简化系统的控制方法，采用易于实现的移相方法对电路进行控制，并将传统电路做了变形，能很好的实现ZVS，电路如图1所示：图1半桥三电平变换器电路图2、ZVS半桥三电平变换器工作原理图1中Ci1和Ci2均分输入电压Vin，VDC1和VDC2为续流二极管。

C1~C4分别为IGBT Q1~Q4内部的结电容，D1~D4分别为Q1~Q4内部寄生的反并联二极管，Lr为变压器内部漏感。

假定所有的元器件都是理想元器件，并且滤波电感Lf>>Lr。

正常工作时Q1和Q4导通信号互补，Q2和Q3的导通信号互补，其关系如图2所示。

图2Q1~Q4触发信号称Q1、Q4为超前管，Q2、Q3为滞后管，为了实现开关管的零电压开通，在Q2和Q3之间引入Cs为联结电容，它的容值很大，当系统处于稳态时，Cs上的电压为输入电压的一半，因此当超前管开关时，滞后管的结电容不参与谐振，同理当滞后管开关时，超前管的结电容不参与谐振。

ZVS半桥变换器的磁集成研究
李晓竹; 王铮; 梁明广; 陈正一
【期刊名称】《《电源技术》》
【年(卷),期】2012(36)3
【摘要】为了减小高频时开关电源的开关损耗,提高变换器的效率和比功率,对传统的半桥变换器进行改造,增加谐振电感和谐振电容,通过谐振电感对并联在开关管两端的谐振电容的充、放电来实现开关管的零电压开关。

为了减小开关电源中磁件的数量和体积采用平面磁集成技术将分立的谐振电感和变压器集成在同一个平面磁芯上。

重点分析集成后ZVS半桥变换器的工作原理,研究谐振电感和变压器的集成方案。

通过仿真和实验结果证明该方案的正确性和可行性。

【总页数】3页(P404-406)
【作者】李晓竹; 王铮; 梁明广; 陈正一
【作者单位】辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁葫芦岛125105
【正文语种】中文
【中图分类】TM564
【相关文献】
1.ZVS半桥DC-DC变换器的研制 [J], 杨文铁;杨勇;耿攀;徐正喜
2.半桥LLC变换器谐振参数及ZVS失效分析 [J], 郑雪钦;万志群;张凌涛;王春阳
3.一种半桥三电平ZVS PWM DC/DC变换器的研究 [J], 周华敏;徐波;张前;王陶
4.半桥ZVS变换器的PID控制模型设计 [J], 方伟明;程汉湘;彭洁峰;李胜;阳海彪
5.基于混合ZVS的不对称半桥变换器研究 [J], 陈桂涛;周建武;孙向东;姚志鸿
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