基于反激变换器的三电平逆变器的分析与设计(6)
图2-4 反激三电平DC-DC变换器拓扑结构图
由反激变换器的工作原理可知，通过对开关管S1，S2的控制，一次侧两绕组有不同的开关状态，在变压器原边可以得到三种电平，主开关管的电流也呈现三段。由于采用了三电平开关单元，所以每个功率开关管承受的电压应力减小，因此反激式三电平DC/DC变换器的拓扑结构能适应很多大功率、高压变换场合[12]。
同理双端反激式三电平变换器也可以这样得到，但考虑到这样变换器电路拓扑比较复杂，开关管数量较多，成本较高，因此本文中不做研究。
2.2.2 反激三电平DC/DC变换器的稳态分析
为了得到三电平，我们采用了两个反激变换器的级联，通过控制开关管的开通与关断，得到想要的波形。选取S1作为主开关管。当S1，S2中的一个关断时，为了使变压器的原边绕组电流能够继续流通，箝位二极管D提供续流回路，这样能够提高反激式变换器的效率。因此根据箝位二极管的方向，与两个开关管中作为主功率开关管的导通方向一致。在本章，选取S1作为变换器的主功率开关管来对反激式三电平DC/DC变换器进行分析研究。
首先，令反激三电平变换器的匝比N1：N2：N3=1:1:1，即N1=N2=N3，以S1为主开关管，故S1的占空比大，即D1≥D2。
图2-5为单端反激式三电平DC/DC变换器的控制原理波形以及在对开关管S1，S2的控制模式下，反激三电平变换器的原副边电流波形如下：
图2-5 (a) 单端反激式三电平DC/DC变换器的控制原理波形
(b) 反激三电平变换器的原副边电流波形
下面对反激三电平变换器在对开关管S1，S2的控制下的开关状态进行分析：
I.开关过程一
电路导通情况如图2-6(a)。此时开关管开关管S1，S2均导通，三绕组隔离式变压器的原边电流经输入经电压源Ui、N1、S1、S2、N2流通，副边二极管反向截止，此时三绕组隔离式变压器原边第一绕组N1两端电压U1=原边第二绕组N2两端电压U2=Ui/2，三绕组隔离式变压器副边绕组N3两端电压U3=－Ui/(2n)；导通模态分析图如下：
图2-6(a) S1，S2均导通时的模态分析图
II.开关过程二
电路导通情况如图2-6(b)。此时开关管S1仍然导通，但开关管S2关断，三绕组隔离式变压器的原边电流经C1、N1、S1和续流二极管D1导通，副边二极管仍然为反向截止，此时三绕组隔式变压器原边第一绕组N1两端电压U1=原边第二绕组N2两端电压U2=Ui/2，三绕组隔离式变压器副边绕组N3两端电压U3=－Ui/(2n)；
图2-6(b) S1导通，S2关断时的模态分析图
III.开关过程三
电路导通情况为图2-6(c)。此时开关管S2保持关断，开关管S1也关断，为了使三绕组隔离式变压器的原边电流为0，原副边电压反向，副边二极管仍然为正向导通，反激变换器的副边开始工作，储存在三绕组隔离式变压器中的磁场能量通过副边绕组N3和D2向输出端释放，副边通过N3、D2以及Cf，ZL形成流通回路。此时三绕组隔式变压器原边第一绕组N1两端电压U1=原边第二绕组N2两端电压U2=－nU0，三绕组隔离式变压器副边绕组N3两端电压U3=U0；
图2-6(c) S1，S2均关断时的模态分析图
IV.开关过程四
当储存在反激变压器N3中的能量释放完之后，三绕组隔离式变压器磁复位在下一个开关周期来临前结束，此时三绕组隔离式变压器三个绕组电流均降为零，二极管D2反向截止，副边在N3、D1以及Cf之间无电流回路，此时输出端并联的电容Cf向负载放电，导通模态分析图如下：
图2-6(d) S1，S2关断后，副边无电流的模态分析图
上一篇：电压源高频链三电平逆变器的研究