电源技术中的ZVS PWM二极管钳位三电平DC/DC转换器工作原理

假设：所有元器件都是理想的，C1=C4=Clead,C2=C3=Clag;Lf>>Lr/k2,K为变压器初、次级次级绕组匝数比；Cd1＝Cd2很大，可以看做两个电压为Ui／2的电压源；变压器的漏感极小，可以忽略不计。 　　此种转换器，在一个开关周期有18中开关模式，各种开关模式的等效电路图如图（5-26） 　　  来源:ks99 电源技术中的ZVS PWM二极管钳位三电平DC/DC转换器是一种高效能、高功率密度的电源转换方案，常用于电力电子系统中，尤其是需要多电压等级输出或高效率能量转换的场合。该转换器的核心在于零电压开关（Zero-Voltage Switching, ZVS）技术和二极管钳位机制，以及其三电平输出特性。 ZVS技术的目标是在开关器件切换时，使其电压降为零，从而避免开关损耗，提高转换效率。在二极管钳位三电平DC/DC转换器中，这一目标是通过精心设计的电路结构和控制策略来实现的。具体来说，转换器的储能元件，如电感（Lf）和电容（C1, C2, C3, C4, Clead, Clag, Cd1, Cd2），以及变压器（K为变压器的初、次级绕组匝数比），共同作用于开关模式的转换过程中，确保开关器件在恰当的时刻进行无损耗切换。 假设所有元器件都是理想的，即没有损耗，电容值相等（C1=C4=Clead, C2=C3=Clag），电感Lf远大于变压器漏感Lr/k2，这使得系统能够更好地实现ZVS。此外，Cd1和Cd2非常大，可以视为提供Ui/2电压的电压源，这种设定有助于维持系统的稳定运行，并在不同开关模式下提供适当的电压水平。 在这样的配置下，转换器在一个开关周期内可以经历18种不同的开关模式。这些模式由各个开关元件的状态组合而成，例如，开关的开闭顺序、导通时间以及电容、电感和变压器的能量流动情况。图（5-26）展示了这些不同模式的等效电路图，帮助理解在每个模式下能量如何在系统中转移和变换。 每一个开关模式都对应着特定的电压和电流波形，以及特定的能量转换效率。通过精确的控制算法，可以确保转换器在不同的工作条件下都能实现ZVS，同时保持三电平输出的特性，即输出电压可以为正、负或零三种状态，这对于多电压等级的应用非常有利。 总结来说，ZVS PWM二极管钳位三电平DC/DC转换器是一种先进的电源转换技术，利用零电压开关和三电平输出的优势，实现了高效、低损耗的能量转换。其工作原理涉及到复杂的电路分析、电磁耦合和精确的控制策略，是电力电子领域的重要研究和应用对象。理解和掌握这种转换器的工作原理对于设计和优化电源系统具有重要的实践意义。