三電平DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其滑模控制方法

作者：時(shí)間：2011-03-18 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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摘要：首先闡述了三電平 DC/DC變換器電平 DC/DC變換器和5種隔離三電平 DC/DC變換器結(jié)構(gòu)；分析了三電平DC/DC變換器中，如何設(shè)計(jì)濾波電路的參數(shù)以提高其動(dòng)態(tài)品質(zhì)；最后以Buck三電平變換器和BuckBoost三電平變換器為例，分析了滑模控制在三電平DC/DC變換器中的應(yīng)用前景。

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162287.htm

關(guān)鍵詞：三電平；DC/DC變換器；滑模控制

1 引言

J.Renes Pinheiro于1992年提出了零電壓開(kāi)關(guān)三電平DC/DC變換器^[1]，該變換器的開(kāi)關(guān)應(yīng)力為輸入直流電壓的1/2，非常適合于輸入電壓高、輸出功率大的應(yīng)用場(chǎng)合。因此，三電平DC/DC變換器引起了廣泛關(guān)注，得到了長(zhǎng)足發(fā)展。目前，三電平技術(shù)在已有的DC/DC變換器中，均得到了很好的應(yīng)用。部分三電平DC/DC變換器在降低開(kāi)關(guān)應(yīng)力的同時(shí)，還大大減小了濾波器的體積，提高了變換器的動(dòng)態(tài)特性。三電平技術(shù)的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了“采用有源控制的方式減小無(wú)源元件體積”的學(xué)術(shù)思想。

2 三電平DC/DC變換器2.1 三電平兩種開(kāi)關(guān)單元

文獻(xiàn)[2]分析了三電平DC/DC變換器的推導(dǎo)過(guò)程：用2只開(kāi)關(guān)管串聯(lián)代替1只開(kāi)關(guān)管以降低電壓應(yīng)力，并引入1只箝位二極管和箝位電壓源(它被均分為兩個(gè)相等的電壓源)確保2只開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力均衡。電路中開(kāi)關(guān)管的位置不同，其箝位電壓源與箝位二極管的接法也不同。文中提取出2個(gè)三電平開(kāi)關(guān)單元如圖1所示。圖1(a)中，箝位二極管的陽(yáng)極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連，稱(chēng)之為陽(yáng)極單元；圖1(b)中，箝位二極管的陰極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連，稱(chēng)之為陰極單元。

2.2 六種非隔離三電平DC/DC變換器

三電平DC/DC變換器的推導(dǎo)過(guò)程可以總結(jié)為以下三個(gè)步驟：一是將基本變換器的開(kāi)關(guān)管替換為相互串聯(lián)的2只開(kāi)關(guān)管；二是尋找或構(gòu)成箝位電壓源；三是從箝位電壓源的中點(diǎn)引入1只箝位二極管到相互串聯(lián)的2只開(kāi)關(guān)管的中點(diǎn)，箝位二極管的放置與2只開(kāi)關(guān)管與箝位電壓源聯(lián)接的地方有關(guān)。

為了確保2只開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力相等，三電平DC/DC變換器一般由圖1所示的兩種開(kāi)關(guān)單元共同組成。文獻(xiàn)[2]所分析的半橋式三電平DC/DC變換器的推導(dǎo)思路，可以推廣到所有的直流變換器中，由此提出了一族三電平DC/DC變換器拓?fù)?，包括Buck，Boost，BuckBoost，Cuk，Sepic，Zeta等6種非隔離的三電平DC/DC變換器，但是這6種非隔離的三電平DC/DC變換器的輸入與輸出是不共地的，這個(gè)缺點(diǎn)限制了它們的使用范圍。

(a) 三電平陽(yáng)極單元 (b) 三電平陰極單元

圖1 兩種三電平開(kāi)關(guān)單元

文獻(xiàn)[10]提出將隔直電容引入到輸入輸出不共地的非隔離三電平DC/DC變換器中，并對(duì)變換器 結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其輸入與輸出共地。改進(jìn)后的變換器保留了改進(jìn)前的變換器的所有優(yōu)點(diǎn)，即：開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力為輸入電壓的1/2；可以大大減小儲(chǔ)能元件的參數(shù)；續(xù)流二極管的電壓應(yīng)力為輸入電壓的1/2。圖2所示為6種輸入輸出共地的非隔離三電平DC/DC變換器。