一． 课题研究背景

随着现代科技的发展与电力的广泛应用，各种用电设备越来越多，由于这些设备的输入多采用不可控整流方式，输入谐波电流较大，功率因数低，不仅影响邻近其他用电设备的工作，而且使输电线上损耗增加^[1]。因此，减少电源设备对交流电网的谐波污染，使电源设备具有更好的环保性能成为电力电子技术的一个重要发展方向^[2]，一些世界性的学术组织和国家还颁布并实施了一系列输入电流谐波限制标准，如IEC555-2、IEEE519、IEC1000-3-2等,我国国家技术监督局在1994年颁布了《电能质量公用电网谐波》标准(GB/T14549-93)^[3]。为了减小谐波电流，通常的做法是采用PFC技术。而中、大功率的高频开关电源若采用三相PFC技术，直流母线电压通常会达到760~800VDC，甚至要达到1000VDC以上。这使得后级直流变换器开关管的电压应力大大增加，给器件的选取带来了困难。

1981年，日本的Akira Nabae教授在研究如何减小逆变器输出谐波时提出了中点箝位脉宽调频(Neutral-Point-Clamped PWM, NPC PWM)逆变器^[4],相较于传统逆变器，它不仅可以输出Vin/2、-Vin/2两个电平，还可以输出0电平，因此该电路也称为三电平(Three-Level, TL)逆变器。除此之外，TL 逆变器可以减小输出电压中的高次谐波，最重要的一点是，其开关管电压应力为输入电压的一半。

1992年，Pinheiro利用TL逆变器可以减小开关管电压应力这个优点，提出了三点平零电压开关PWM(Three-Level Zero-Voltage-Switching PWM, TL ZVS PWM)直流变换器^[5]。该变换器电路结构简单，四只开关管电压应力仅为输入电压的一半，并且可以实现ZVS，非常适用于高输入电压，中、大功率的应用场合^[6]。

二． 三电平直流变换器发展现状

三电平直流变换器大致可分为两类：一类是隔离型三电平直流变换器，包括Flyback、Forward、半桥和推挽三电平直流变换器；另一类非隔离型三电平直流变换器。

隔离型三电平直流变换器包括Flyback、Forward、半桥和推挽三电平直流变换器。这四种变换器虽然都可以降低开关管电压应力，但都不能减小输出滤波^[7-9]。

非隔离型三电平直流变换器包括Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta这6种非隔离的TL变换器以及全桥TL变换器和复合全桥TL变换器^[10]。这6种变换器同样具有单个器件电压应力小、滤波器件体积小等优点^[11]。但这些三电平直流变换器的输入输出是不共地的，这个缺点限制了它们的应用范围。

文献[12]中首先引入飞跨电容的概念，通过对非隔离的三电平直流变换器进行改进，使其输入与输出共地。这样改进后的三电平直流变换器不仅保留了未共地的三电平直流变换器的优点，而且又具备输入输出共地的这个优点，从而扩大了该三电平直流变换器的应用范围。