三电平拓扑谐振

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1、三电平拓扑谐振 1.二极管箝位型三电平直流变换器2 1.1 全桥三电平直流变换器4 1.1.1 全桥 ZVS 三电平变换器4 1.1.2 全桥 ZVZCS 三电平变换器10 1.2 半桥三电平直流变换器11 1.2.1 半桥 ZVS 三电平变换器12 1.2.2 半桥 ZVZCS 三电平变换器18 1.2.3 三电平 ZVS 谐振变流器21 1.2.4 三电平 ZCS 变流器 21 2.高频隔离式三电平直流变换器拓扑24 2.1 反激式三电平直流变换器.24 2.2 Sepic 型高频隔离式三电平直流变换器.24 2.3 Zeta 型高频隔离式三电平直流变换器.24 2.4 Cuk 型高频隔离

2、式三电平直流变换器.24 2.5 正激式三电平直流变换器.26 3.非隔离三电平变换器的所有拓扑27 3.1 Buck 三电平直流变换器.27 3.2 Boost 三电平直流变换器 27 3.3 Buck-Boost 三电平直流变换器.27 3.4 Cuk 三电平直流变换器.27 3.5 Sepic 三电平直流变换器.27 3.6 Zeta 三电平直流变换器.27 4.双正激三电平直流变换器30 5.推挽正激三电平直流变换器31 6.其它 .35 6.1 飞跨电容型三电平变换器.35 6.2 级联型三电平变换器.35 7.重要参考文献：36 1.二极管箝位型三电平直流变换器二极管箝位型三电平直

3、流变换器 二极管箝位三电平逆变器主电路拓扑 图是一个三相二极管中点箝位三电平逆变器主电路结构，其中 Dil 、Di2(i=a, b, c)为箝 位二极管。由于分压电容 Cdcl=Cdc2，在系统均压平衡时，有 Vdcl=Vde2=Ed/2，带有反并 二极管的开关 Sil、 Si2、Si3、Si4(i-a,b, c)中，Sil 和 Si3、Si2 和 Si4 互补。表 1-1 是输出状 态和开关管的开通对应关系。 可以看出， 随着不同开关状态的选取， 系统可以输出三种电位， Ed,Ed/2, 0。通过合理的 PWM 调制方法，则可以获得优于两电平逆变器的输出波形。 二极管箝位的多电平变流器除了具

4、有一般多电平变流器的特点以外还具有以下优点:便 于双向功率流动，功率因素控制方便。存在的不足是直流侧电容均压较为复杂和困难。在二 极管箝位多电平结构中， 三电平变流器的结构具有自动平衡的能力， 是一种非常优异稳定的 结构， 目前实际应用中的中高压变频器， 主要都是这种拓扑， 本文也将其选为主要研究对象。 半控型三电平 PWM 整流器主电路 半控型三电平 PWM 整流器主电路（工况，建模） 这种新型的三电平整流器拓扑结构改进了传统的二极管箝位型三电平整流器拓扑结构， 采用一种六开关器件的二极管箝位型三电平结构， 和传统结构相比， 减少了一半的开关器件。 三电平变换器并网电路（工作原理，功率参数计

5、算） 1.1 全桥三电平直流变换器全桥三电平直流变换器 高频环节全桥全波式三电平 AC/AC 变换器的电路拓扑（控制框图，工况，仿真） 1.1.1 全桥全桥 ZVS 三电平变换器三电平变换器 全桥零电压三电平变换器 全桥零电压三电平变换器（工况） 改进的全桥零电压三电平变换器（工况，条件，硬件设计，仿真） 倍流整流方式 ZVS PWM 全桥三电平直流变换器（工况，条件，功率参数） 辅助网络 ZVS PWM 全桥三电平直流变换器（工况，辅助网络参数计算，主电路关键参 数设计） 采用其他辅助网络形式的 ZVS PWM 三电平全桥直流变换器 改进型辅助网络 ZVS PWM 三电平全桥直流变换器（工况

6、） 新型辅助电感 ZVS PWM 全桥三电平直流变换器（工况，辅助参数计算） 新型复合式斩波 ZVS 直流脉冲电源系统（工况，辅助参数） 带有箝位二极管的 ZVS 全桥 TL 变换器（工况） 复合式三电平 ZVS PWM 变换器 复合式三电平 ZVS PWM 变换器（工况） （条件） 带钳位二极管的复合式全桥 zvs 三电平变换器 具有无源辅助网络的 zvs 三电平 Dc-Dc 变换器拓扑（工况，条件，辅助网络参数计算，硬件 设计） 1.1.2 全桥全桥 ZVZCS 三电平变换器三电平变换器 zvzcs 三电平变换器(工况) ZVZCS FB TL PWM 变换器主电路（工况，条件，参数设计，

7、建模，硬件设计） 1.2 半桥三电平直流变换器半桥三电平直流变换器 半桥三电平直流变化器 半桥三电平直流变化器 1.2.1 半桥半桥 ZVS 三电平变换器三电平变换器 三电平零电压开关 PWM 直流变换器 三电平零电压开关 PWM 直流变换器 ZVS PWM TL 变换器中虚线框部分实际上是 TL 逆变器的一个桥臂， 因此称该变换器为 “TL 变换器” 。 实际上， 它本质上还是一个半桥电路。 因此我们定义它为半桥三电平变换器。 该变换器电路结构简单，四只开关管电压应力仅为输入电压的一半，并且可以实现 ZVS， 非常适用于高输入电压，中、大功率的应用场合。 ZVS PWM 半桥三电平直流变换器

8、的主电路图 ZVS PWM 半桥三电平直流变换器的主电路图（工况，条件） 采用输出饱和电感的 ZVS PWM 二电平变换器 拓扑 2：副边串饱和电感，利用激磁电流实现滞后臂的软开关 拓扑 3：副边串饱和电感，利用输出电感能量实现滞后臂软开关 拓扑 4：副边磁开关，利用激磁电流实现软开关 拓扑 5：副边磁开关，利用输出滤波电感电流实现软开关 拓扑 6:副边磁开关，利用输出滤波电感电流实现软开关 并联方法 半桥倍流整流三电平直流变化器 半桥倍流整流三电平直流变化器（工况，条件，硬件设计 CDR ZVS PWM） 三电平倍流整流直流变换器（加入同步整流技术） 改进的 zvs 三电平倍流同步整流半桥电

9、路（再加 Lf3）参数设计 单相 3RCD 型缓冲电路拓扑结构 单相 3RCD 型缓冲电路拓扑结构（工况，硬件电路设计） 1.2.2 半桥半桥 ZVZCS 三电平变换器三电平变换器 新型 ZVZCS 半桥 TL 变换器拓扑 (1)通过串联饱和电感和阻断电容实现滞后臂的 ZCS； 利用原边串入的二极管和阻断电容实 现滞后臂的 ZCS (2)通过串联辅助变压器实现滞后臂的 ZCS: (3)通过加入有源箝位电路实现滞后臂的 ZCS (4)通过祸合电感实现滞后臂的 ZCS (5)通过在副边加入无源箝位电路实现滞后臂的 ZCS: 新型 ZVZCS 半桥 TL 变换器拓扑（无源网络，工况，参数条件，硬件设

10、计） zvzcs 三电平变换器 1.2.3 三电平三电平 ZVS 谐振变流器谐振变流器 1.2.4 三电平三电平 ZCS 变流器变流器 2.高频隔离式三电平直流变换器拓扑高频隔离式三电平直流变换器拓扑 2.1 反激式三电平直流变换器反激式三电平直流变换器 2.2 Sepic 型高频隔离式三电平直流变换器型高频隔离式三电平直流变换器 2.3 Zeta 型高频隔离式三电平直流变换器型高频隔离式三电平直流变换器 2.4 Cuk 型高频隔离式三电平直流变换器型高频隔离式三电平直流变换器 Cuk 型高频隔离式三电平直流变换器（工况，设计） Cuk 型高频隔离式三电平直流变换器（改进型） （工况，参数设计

11、，硬件设计） 2.5 正激式三电平直流变换器正激式三电平直流变换器 正激式三电平 DC/DC 变换器的电路拓扑（工况，仿真） 3.非隔离三电平变换器的所有拓扑非隔离三电平变换器的所有拓扑 3.1 Buck 三电平直流变换器三电平直流变换器 Buck TL 变换器（工作原理，外特性，优点） ，隔直电容的提出（全部都有推导） Buck TL 变换器图，加上隔直电容（工作原理，优点） 3.2 Boost 三电平直流变换器三电平直流变换器 3.3 Buck-Boost 三电平直流变换器三电平直流变换器 3.4 Cuk 三电平直流变换器三电平直流变换器 3.5 Sepic 三电平直流变换器三电平直流变换

12、器 3.6 Zeta 三电平直流变换器三电平直流变换器 三电平 BOOST PFC 电路 三电平 BOOST PFC 电路（工况，硬件设计） Zeta 三电平 Zeta 式三电平（工况，工作原理，功率硬件设计） Zeta 式三电平交一交直接变换器拓扑结构的得来，其主要思想为：将其单向开关管替 换为双向开关管， 另外增加一个电源电平模态支路及防止模态串扰的双向开关管， 又结合非 互补式控制策略在输出滤波器前增加了零电平模态双向开关管， 电源端和输出端分别加上输 入、输出滤波器就得到了可将不稳定的高压、劣质交流电变换成幅值稳定或可调的同频、优 质正弦交流电的变换器拓扑。 三电平双向变换器 Buck

13、-boost 三电平双向变换器（工况，参数设计，模型） 4.双正激三电平直流变换器双正激三电平直流变换器 含有阳极单元的三电平正激变换器（工况，条件） 含有阴极单元的三电平正激变换器 交错并联的三电平正激变换器（工况，硬件设计） 5.推挽正激三电平直流变换器推挽正激三电平直流变换器 推挽正激三电平（工况，建模，硬件设计） 推挽式三电平 DC/DC 变换器 高频环节推挽式三电平 DC/DC 变换器电路拓扑（工况，仿真，硬件设计） ZVZCS PWM 推挽 TL 变换器（工况，条件） ZVS PWM 推挽 TL 变换器（工况，条件） ZVS PWM 推挽 TL 变换器，带有箝位二极管（工况） 6.

14、其它其它 6.1 飞跨电容型三电平变换器飞跨电容型三电平变换器 与二极管箝位式逆变器相比， 它的开关选择更为灵活。 在合成同一空间电压矢量时有较 多的选择，以使直流侧电容电压保持均衡，从而对该种拓扑的逆变器控制策略进行优化。但 同时，在省去大量二极管的同时又引入了大量电容，使得系统的体积和成本增加。其次因为 在输出同一电平时有不同的开关组合，使得系统的控制变得复杂。 6.2 级联型三电平变换器级联型三电平变换器 (1)器件在基频下开通和关断，损耗小，效率高; (2)不需要额外的箝位二极管或者电容，易于封装和模块化设计; (3)无直流侧电压不均衡的问题; (4)电平数越多，输出电压谐波含量越小。

15、 但是它也存在着需要多个独立直流电源和不易四象限运行的缺点。 7.重要参考文献：重要参考文献： 1、 【Buck 三电平直流变换器的研究】 2、 【采用倍流整流电路的零电压三电平变换器研究】 3、 【大功率高频高压开关电源拓扑结构的研究】 4、 【高频环节多电平 AC_AC 变换器的研究】 5、 【基于 Cuk 变换器的高频隔离式三电平变换器研究】 6、 【基于三电平 ZVS 半桥倍流电压调节模块_VRM_的研究】 7、 【具有无源辅助网络的 ZVS 三电平 DC_DC 变换器研究】 8、 【具有无源钳位电路的 ZVZCS 三电平变换器研究】 9、 【数字控制 ZVZCS 半桥三电平直流变换器研究】 10、 【双正激三电平 DC_DC 变换器研究】 11、 【推挽正激三电平直流变换器的研究】 12、 【用于变频器的软开关电源研究】 13、 【正激式交_交型三电平 AC_AC 变换器的研究】 14、 【直流变换器的三电平拓扑及其控制】 15、 【中功率三电平 DC_DC 变流器拓扑的研究】 16、 【采用先进三电平拓扑的高效 UPS 研究】 17、 【三电平 DC_DC 变换器的拓扑结构及其滑模控制方法】 18、 【三电平软开关直流变换器典型拓扑分析】 19、 【一种基于三电平逆变器拓扑的串联谐振软开关 CCPS】 20、 【一种新型并联三电平注入式电流型变换器拓扑】