本实用新型涉及直流变换器技术领域,具体涉及一种零电压开关多电平直流变换器。
背景技术：
直流变换器受器件电压定额的影响，不可避免采用器件串联的结构形式，为了解决器件串联的静态和动态均压问题必须附加均压电路，随着均压电路引入以及器件数量增加，电路具备多个输出电平，多电平直流变换器经过傅里叶分解后会发现电压谐波大大降低。此外，多电平直流变换器开关管所承受最大电压值可以得到降低，系统工作效率较高，因此成为电力电子技术热门研究领域。
多电平直流变换器通常与软开关技术相结合，软开关工作方式相比硬开关工作方式可以降低开关工作过程中的开关损耗并提高传输效率，此外，采用软开关技术可以提高开关频率并减小直流变换器体积和重量。
常规多电平直流变换器应用中也存在一些问题，例如滞后管实现零电压开关困难，滞后管在负载电流很小的时候几乎很难实现零电压开关；而且每一次的开关过程，4个开关器件的结电容都要参与LC谐振，而它们之间还存在一层耦合的关系，当外侧的开关器件的结电容与变压器的漏感发生LC谐振的时候，内侧的开关器件也跟着LC谐振，影响了软开关工作的进行。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种零电压开关多电平直流变换器，该多电平直流变换器能够实现滞后管零电压开关。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种零电压开关多电平直流变换器，包括输入电压、第一分压电容和第二分压电容，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一钳位二极管和第二钳位二极管，第一飞跨电容和第二飞跨电容，第一电感和第二电感，第一变压器和第二变压器，
第一开关管和第四开关管分别形成第一超前管和第二超前管，第二开关管和第三开关管分别形成第一滞后管和第二滞后管；
上述第一变压器包括第一原边绕组和与上述第一原边绕组对应的第一副边绕组和第二副边绕组，上述第二变压器包括第二原边绕组和上述第二原边绕组对应的第三副边绕组和第四副边绕组；
上述第一分压电容的负极和第一开关管的漏极分别连接输入电压的负极，
上述第二分压电容的正极和第四开关管的源极分别连接输入电压的正极，
上述第一开关管的源极、第二开关管的漏极和第一飞跨电容的负极分别连接上述第一钳位二极管的负极，
上述第一分压电容的正极、第一钳位二极管的正极、第二钳位二极管的负极和第二分压电容的负极分别连接上述第一原边绕组的非“*”端，上述第一原边绕组的“*”端连接上述第一电感的第一端，
上述第一电感的第二端、第二开关管的源极和第二电感的第一端分别连接上述第三开关管的漏极，
上述第三开关管的源极、第四开关管的漏极和上述第二飞跨电容的正极分别连接上述第二钳位二极管的正极，
上述第一飞跨电容的正极和第二飞跨电容的负极分别连接上述第二原边绕组的非“*”端，上述第二原边绕组的“*”端连接上述第二电感的第二端。
优选地，还包括第一整流二极管和第二整流二极管，第一辅助二极管和第二辅助二极管，缓冲电容，滤波电感，滤波电容和输出电阻，
上述第一副边绕组的“*”端、第二辅助二极管的正极、滤波电容的负极和输出电阻的第二端分别连接上述第二副边绕组的非“*”端，
上述第一副边绕组的非“*”端连接上述第三副边绕组的“*”端，上述第三副边绕组的非“*”端连接第二整流二极管的正极，
上述第二副边绕组的“*”端连接第四副边绕组的非“*”端，上述第四副边绕组的“*”端连接上述第一整流二极管的正极，
上述第一整流二极管的负极、第二整流二极管的负极和上述缓冲电容的负极分别连接上述滤波电感的第一端，
上述滤波电感的第二端、第一辅助二级管的负极、滤波电容的正极分别连接上述输出电阻的第一端，
上述第二辅助二极管的负极、缓冲电容的负极分别连接上述第一辅助二极管的正极，
上述输出电阻的两端形成输出电压。
本实用新型的工作原理为：零电压开关多电平直流变换器具有第一变压器和第二变压器，第一飞跨电容和第二飞跨电容，第一飞跨电容和第二飞跨电容上各分得U1/4的电压值，当第一超前管和第一滞后管一起导通时，由第一分压电容和第一飞跨电容共同供电，由于第一变压器和第二变压器的副端是同向串联，忽略副端缓冲电路影响情况下得到的电平值为U1(1/2k1+1/4k2),其中k1和k2分别是第一变压器和第二变压器的变比；当第一超前管先于第一滞后管关断时，只有第一飞跨电容为第二变压器进行供电，忽略副端缓冲电路影响情况下副端得到的电平值为U1(1/4k2)；当第一滞后管断开且第二滞后管导通时，由于变压器的电流换向造成副端的变压器电压为零时，即出现零电平。所以输出电压为多个电平，波形更接近正弦波，电压脉动也就相应变小，输出的电压值更稳定。原端电路引入的变压器漏感，对于第一滞后管和第二滞后管实现软开关工作方式提供了更宽的负载范围。
双变压器和双飞跨电容增强了零电压开关的实现条件，开关器件工作更加稳定可靠。第一超前管和第二超前管工作时先于第一滞后管和第二滞后管关断，超前管关断时刻副端负载有电流流过，副端的滤波电感折算到原端之后，与变压器原端漏感相串联，串联之后的总电感与开关管的结电容发生LC谐振，为第一超前管和第二超前管实现零电压开关提供了有利条件。
第一滞后管和第二滞后管工作时，由于原端变压器刚好发生电流换向，因而副端的输出滤波电感不能折算到原端参与LC谐振，零电压开关主要依靠两个变压器的漏感来实现，两个变压器漏感增强了滞后管实现零电压开关条件，从而实现零电压开关变得更加容易。
当副端的整流二极管出现电压尖峰的时候，缓冲电容通过第一辅助二极管向滤波电容进行充电；当副端变压器电压为零的时候，通过第二辅助二极管将输出电压钳位在缓冲电容电压值，从而有效地抑制副端电压的尖峰现象，提高直流变换器的工作效率。
本实用新型的有益效果为：增强了直流变换器实现零电压开关的条件，增加了直流变换器的工作稳定性与可靠性；双飞跨电容与双变压器结合，输出电压为多个电平，电压脉动小，输出的电压值更稳定；通过缓冲电容以及辅助二极管有效地抑制副端电压的尖峰现象，提高直流变换器的工作效率。
附图说明
图1是本实用新型的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
本实用新型具体实施的技术方案是：
如图1所示，一种零电压开关多电平直流变换器，包括输入电压U1、第一分压电容C5和第二分压电容C6，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，第一钳位二极管D5和第二钳位二极管D6，第一飞跨电容C7和第二飞跨电容C8，第一电感L1和第二电感L2，第一变压器T1和第二变压器T2，
第一开关管S1和第四开关管S4分别形成第一超前管和第二超前管，第二开关管S2和第三开关管S3分别形成第一滞后管和第二滞后管；
上述第一变压器T1包括第一原边绕组和与上述第一原边绕组对应的第一副边绕组和第二副边绕组，上述第二变压器T2包括第二原边绕组和上述第二原边绕组对应的第三副边绕组和第四副边绕组；
上述第一分压电容C5的负极和第一开关管S1的漏极分别连接输入电压U1的负极，
上述第二分压电容C6的正极和第四开关管S4的源极分别连接输入电压U1的正极，
上述第一开关管S1的源极、第二开关管S2的漏极和第一飞跨电容C7的负极分别连接上述第一钳位二极管D5的负极，
上述第一分压电容C5的正极、第一钳位二极管D5的正极、第二钳位二极管D6的负极和第二分压电容C6的负极分别连接上述第一原边绕组的非“*”端，上述第一原边绕组的“*”端连接上述第一电感L1的第一端，
上述第一电感L1的第二端、第二开关管S2的源极和第二电感L2的第一端分别连接上述第三开关管S3的漏极，
上述第三开关管S3的源极、第四开关管S4的漏极和上述第二飞跨电容C8的正极分别连接上述第二钳位二极管D6的正极，
上述第一飞跨电容C7的正极和第二飞跨电容C8的负极分别连接上述第二原边绕组的非“*”端，上述第二原边绕组的“*”端连接上述第二电感L2的第二端。
还包括第一整流二极管D7和第二整流二极管D8，第一辅助二极管D9和第二辅助二极管D10，缓冲电容C9，滤波电感L3，滤波电容C10和输出电阻R0，
上述第一副边绕组的“*”端、第二辅助二极管D10的正极、滤波电容C10的负极和输出电阻R0的第二端分别连接上述第二副边绕组的非“*”端，
上述第一副边绕组的非“*”端连接上述第三副边绕组的“*”端，上述第三副边绕组的非“*”端连接第二整流二极管D8的正极，
上述第二副边绕组的“*”端连接第四副边绕组的非“*”端，上述第四副边绕组的“*”端连接上述第一整流二极管D7的正极，
上述第一整流二极管D7的负极、第二整流二极管D8的负极和上述缓冲电容C9的负极分别连接上述滤波电感L3的第一端，
上述滤波电感L3的第二端、第一辅助二级管的负极、滤波电容C10的正极分别连接上述输出电阻R0的第一端，
上述第二辅助二极管D10的负极、缓冲电容C9的负极分别连接上述第一辅助二极管D9的正极，
上述输出电阻R0的两端形成输出电压U2。
本实用新型的工作原理为：零电压开关多电平直流变换器具有第一变压器T1和第二变压器T2，第一飞跨电容C7和第二飞跨电容C8，第一飞跨电容C7和第二飞跨电容C8上各分得U1/4的电压值，当第一超前管和第一滞后管一起导通时，由第一分压电容C5和第一飞跨电容C7共同供电，由于第一变压器T1和第二变压器T2的副端是同向串联，忽略副端缓冲电路影响情况下得到的电平值为U1(1/2k1+1/4k2),其中k1和k2分别是第一变压器T1和第二变压器T2的变比；当第一超前管先于第一滞后管关断时，只有第一飞跨电容C7为第二变压器T2进行供电，忽略副端缓冲电路影响情况下副端得到的电平值为U1(1/4k2)；当第一滞后管断开且第二滞后管导通时，由于变压器的电流换向造成副端的变压器电压为零时，即出现零电平。所以输出电压U2为多个电平，波形更接近正弦波，电压脉动也就相应变小，输出的电压值更稳定。原端电路引入的变压器漏感，对于第一滞后管和第二滞后管实现软开关工作方式提供了更宽的负载范围。
双变压器和双飞跨电容增强了零电压开关的实现条件，开关器件工作更加稳定可靠。第一超前管和第二超前管工作时先于第一滞后管和第二滞后管关断，超前管关断时刻副端负载有电流流过，副端的滤波电感L3折算到原端之后，与变压器原端漏感相串联，串联之后的总电感与开关管的结电容发生LC谐振，为第一超前管和第二超前管实现零电压开关提供了有利条件。
第一滞后管和第二滞后管工作时，由于原端变压器刚好发生电流换向，因而副端的输出滤波电感L3不能折算到原端参与LC谐振，零电压开关主要依靠两个变压器的漏感来实现，两个变压器漏感增强了滞后管实现零电压开关条件，从而实现零电压开关变得更加容易。
当副端的整流二极管出现电压尖峰的时候，缓冲电容C9通过第一辅助二极管D9向滤波电容C10进行充电；当副端变压器电压为零的时候，通过第二辅助二极管D10将输出电压U2钳位在缓冲电容C9电压值，从而有效地抑制副端电压的尖峰现象，提高直流变换器的工作效率。
本实用新型的有益效果为：增强了直流变换器实现零电压开关的条件，增加了直流变换器的工作稳定性与可靠性；双飞跨电容与双变压器结合，输出电压U2为多个电平，电压脉动小，输出的电压值更稳定；通过缓冲电容C9以及辅助二极管有效地抑制副端电压的尖峰现象，提高直流变换器的工作效率。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。