三電平ZCS充電結(jié)構(gòu)的工作特性研究

摘要：本文探討了將三電平變換器應(yīng)用于充電電源的可能性，從其工作原理入手分析了其工作特性、指出了其存在的優(yōu)勢(shì)并給出了三電平ZCS充電結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。另外，還針對(duì)儲(chǔ)能電容的取值進(jìn)行了論述，指出儲(chǔ)能電容的取值對(duì)重復(fù)精度的影響。最后通過(guò)設(shè)計(jì)若干組仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，得出TL變換器可以用于改善充電電源某些方面的性能指標(biāo)的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：三電平；串聯(lián)諧振；充電電源；零電流關(guān)斷(ZCS)

0 引言
三電平變換器簡(jiǎn)稱TL變換器，是20世紀(jì)90年代提出來(lái)的一種變換器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠降低開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力，方便開關(guān)管的選擇，減小其重量和尺寸。在大多數(shù)開關(guān)電源中，由于DC／DC前級(jí)加入了功率因數(shù)校正電路，DC／DC變換器的輸入電壓會(huì)達(dá)到600～l000V，傳統(tǒng)的兩電平變換器上單個(gè)開關(guān)承受的電壓就達(dá)到了600～1000V，再考慮到一倍的裕量，需要選擇耐壓達(dá)1200～2000V的開關(guān)管。這就增加了選型的難度，如果再要求DC／DC變換器以更高頻率工作，選型就更加困難了。正是因?yàn)門L變換器能夠降低電壓應(yīng)力，所以在開關(guān)穩(wěn)壓源中這種變換器結(jié)構(gòu)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。許多文獻(xiàn)對(duì)TL變換器在開關(guān)穩(wěn)壓源中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，但是探討TL變換器用于充電電源的文獻(xiàn)卻不多，論述也不完整。本文從TL變換器的工作原理人手，對(duì)其特性進(jìn)行了詳細(xì)地論述，并將其工作特性與兩電平變換器做出了優(yōu)劣對(duì)比分析，最后得出相關(guān)結(jié)論。

1 工作原理
圖l為三電平ZCS恒流充電電源主電氣結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2一l中，C1與C2為儲(chǔ)能電容，這之前為三相整流與軟啟動(dòng)電路，之后為充電電路，包括三電平變換器、諧振電路及高壓整流環(huán)節(jié)。
三電平恒流充電電源的工作可以分全電壓模式和半電壓模式過(guò)程來(lái)分析。
1)全電壓模式過(guò)程分析
G1、G2、G6為一組，G3、G4、G5為一組，這兩組輪流導(dǎo)通。當(dāng)其中一組導(dǎo)通時(shí)，2個(gè)儲(chǔ)能電容電壓Us直接加至諧振電路端，構(gòu)成的1個(gè)工作階段簡(jiǎn)化電路如圖2所示。圖2為二階動(dòng)態(tài)電路。在復(fù)頻域中對(duì)這個(gè)電路列寫方程并求解，可得：