输入输出共地的三电平变换器

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₂，t₃]时段，Q₂导通，Q₁关断，i_Lf流过C_block，如图9(c)所示。此时v_AB=V_in-V_cb=V_in/2，i_Lf线性上升。

4.2  输入、输出关系
    从图8(a)中可以得到


式中  T_s为开关周期；T_on为开关管的导通时间；T_off为开关管的截止时间。定义D＝T_on/T_s为占空比。
    从图8(b)中可以得到

从式(7)和(8)可以看出，当电感电流连续时，输出电压与输入电压的比值为D，这与传统的Buck变换器是完全一样。当电感电流断续时，Buck TL变换器的输出电压与输入电压的关系与传统的Buck变换器是类似的，限于篇幅这里不再详细讨论。输入输出共地的Buck TL变换器的外特性与输入输出不共地的Buck TL变换器的外特性^[4]是完全一样的。
4.3  特点
    前面的分析表明，输入输出共地的Buck TL变换器保留了输入输出不共地的Buck TL变换器的所有特点：
    （1）开关管和续流二极管的电压应力为V_in /2；
    （2）v_AB可以得到三电平波形，滤波电感和电容可以大大减小。
5  实验验证
    为了验证改进的TL变换器的工作原理，在实验室完成了一个Buck TL变换器的原理样机，其主要参数为：输入直流电压为V_in=220~300V，输出电压为V_o=200V，额定输出电流为I_o=5A，开关频率为f_s=50kHz，阻断电容C_block=4mF；滤波电感为L_f=350 mH，滤波电容为C_f=330 mF。与输入输出不共地的Buck TL变换器一样^[4]，Q₁和Q₂交错工作，其驱动信号相差180º相角。
    图10(a)和(b)分别给出了当输入电压为250V时，占空比大于0.5和小于0.5时的实验波形。从中可以看出，开关管Q₁和Q₂的电压应力为125V，是输入电压的一半。滤波器上电压的频率为100kHz，为开关频率的2倍，滤波电感电流的脉动频率也为开关频率的2倍。当占空比大于0.5时，滤波器上电压v_AB在V_in和V_in/2之间变化；当占空比小于0.5时，滤波器上电压v_AB在V_in/2和0之间变化。无论占空比大于或小于0.5，其交流分量均小于同等条件下Buck变换器滤波器上电压的交流分量，因此可以大大减小滤波器的大小。

6  结论
    本文首先引入隔直电容的概念，然后对输入输出不共地的6种非隔离的TL变换器进行了改进，使其输入与输出共地。改进后的变换器保留了改进前的变换器的所有优点，即：① 开关管的电压应力为输入电压的一半；② 续流二极管的电压应力为输入电压的一半；③ 可以大大减小储能元件的大小。最后以Buck TL变换器为例进行了分析和实验验证。

参考文献

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[3]  Meynard T A，Foch H．Multi-level conversion: high voltage choppers and voltage-source inverters[A]．IEEE PESC[C]．1992：397-403．
[4]  李斌（Li Bin）．三电平直流变换器的研究（Research on three-level DC-DC converter）[D]．南京：南京航空航天大学（Nanjing：Nanjing University Aeronautics & Astronautics），2002．

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