Zeta式多电平交—交直接变换器研究

目前国内外对多电平技术在AC/AC直接变换中的应用研究很少,尚处于学术前沿性研究阶段。本论文研究了Zeta式多电平交-交直接变换器。从拓扑结构、工作原理、控制策略及稳态工作特性、电压频谱结构、仿真验证与优化、原理样机设计及试验几方面系统地研究了Zeta式三电平交-交直接变换器,并研制了500VA原理样机。 本文首先介绍了AC/AC变换技术、多电平技术及其在AC/AC变换中的应用情况。然后分别从三电平功率单元的提取思想和多电平技术的目的出发,提出了Zeta式多电平交-交直接变换器的拓扑结构:Zeta式四电平和Zeta式三电平。相比非隔离式和低频、中频隔离式交-直-交型多电平AC/AC变换器,其实现了单级变换,相比非隔离式Buck三电平交-交变换器,其可实现升降压变换。 主体部分系统研究了Zeta式三电平交-交直接变换器,提出了非互补控制策略,对比分析互补控制策略,详细阐述了非互补控制如何提高变换器的可靠性,可有效防止模式切换时发生共态关断现象,同时又不会发生共态导通现象。系统地分析了变换器的稳态工作特性,电感电流、电容电压纹波系数。又对比分析了Zeta式三电平、两电平Buck和Cuk交-交变换器的电压频谱结构,证明了三电平技术改善了变换器频谱结构,可减小滤波器的体积和重量,提高输出波形质量。还用仿真对理论分析进行验证,同时为原理样机的参数设计提供优化。最后给出原理样机在三种不同负载下的试验波形及结果。 本文最后还对多电平技术在交-交变换器中的应用进行了总结和展望。