采用分立元件实现的PWM Buck三电平变换器

(a)

图6 实验波形
　　从图6中可以看出，采用上述分立元件实现PWM Buck三电平变换器的控制是切实可行的。
　　(a)图中，示意的是交错控制电路的两路输出波形

和

。可以看出其占空比均大于0.5。开关频率为50kHz 。要实现对驱动信号频率的调节也变得非常简单，只需要调节锯齿波

和

频率即可。
　　(b)图中，示意了隔离变压器副边输出的两路驱动波形，可以直接驱动开关管。从图中可以看出驱动波形比较理想：有快速的上升沿，并在一开始有一定的过冲，可以加速开通，减小了开通损耗；同时，有反偏截止电压，提供了足够的反相门极驱动，减小了下降时间；很好地验证了驱动电路的设计是合理的。
　　(c)图中，输入电压

为170VDC，恒流电子负载

为4A。

为开关管

工作时的漏源极电压波形，开通与关断时均没有大的尖峰，对开关管而言是比较理想的波形。

为两个开关管共同工作所输出的三电平波形，可见其频率为开关频率的两倍。从而大大减小了滤波元件的大小。文献[4,5]详细分析了一类零电压零电流开关复合式全桥三电平DC-DC变换器，该变换器的输出整流电压高频交流分量很小，可以减小输出滤波器，改善变换器的动态性能；同时其输入电流脉动很小，可以减小输入滤波器。文献[2]详细论述了Buck三电平变换器和传统的Buck变换器中滤波器的参数设计的分析和比较。

为输出滤波电感上流过的电流波形。
　　(d)图中，恒流电子负载

为4A。图中示意了输入电压

从125伏跳变到110伏时，输出电压

的瞬态响应曲线。可以看出该PWM Buck三电平变换器电路的稳定性比较好。在输入电压的变化范围(90V~180V)内，可以较快地稳定在额定输出的电压值

上。

5 结论

　　本文首先简要论述三电平变换器拓扑的推导过程；介绍了Buck三电平变换器主电路拓扑及其在开关管的占空比大于0.5时的四个工作模态；详细分析了采用比较器、运算放大器和RS触发器等分立元件实现PWM Buck三电平变换器的交错控制。该方法控制电路简单，易于实现，成本低，可以直接推广到其它非隔离三电平变换器的控制中。并对采用MC34152加隔离变压器驱动的方法来设计驱动电路作了介绍。最后对输入电压为120V(90V~180V)，输出为48V/4A，开关频率50kHz的PWM Buck三电平变换器进行了实验验证，实验结果表明，采用上述分立元件实现PWM Buck三电平变换器的控制是切实可行的。

参考文献

1. J. Renes Pinheiro and Ivo Barbi. The Three-Level ZVS PWM Converter-A New Concept in High-Voltage DC-To-DC Conversion. IEEE IECON. 1992: 173-178
2. 钟小芬 吴捷 三电平DC-DC变换器的拓扑结构及其滑模控制方法 电源技术应用2003年第8期
3. Xinbo Ruan, Bin Li, and Qianhong Chen. Three-Level Converters-A New Concept in High Voltage DC-To-DC conversion.in Proc. IEEE PESC, 2002:663-668
4. F. Canales, P.M.Barbosa, J.M.Burdio and F.C.Lee A zero-voltage-switching three-level dc/dc converter. Proceedings of CPES, 2000:366-371
5. F. Canales, P.M.Barbosa, J.M.Burdio and F.C.Lee A zero-voltage and zero-current-switching three-level dc/dc converter. IEEE APEC, 2000:314-320