三電平ZCS充電結構的工作特性研究

摘要：本文探討了將三電平變換器應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)勢并給出了三電平ZCS充電結構的參數(shù)設計依據(jù)。另外，還針對儲能電容的取值進行了論述，指出儲能電容的取值對重復精度的影響。最后通過設計若干組仿真實驗進行了驗證，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的結論。
關鍵詞：三電平；串聯(lián)諧振；充電電源；零電流關斷(ZCS)

0 引言
三電平變換器簡稱TL變換器，是20世紀90年代提出來的一種變換器結構。該結構的最大優(yōu)點在于能夠降低開關管承受的電壓應力，方便開關管的選擇，減小其重量和尺寸。在大多數(shù)開關電源中，由于DC／DC前級加入了功率因數(shù)校正電路，DC／DC變換器的輸入電壓會達到600～l000V，傳統(tǒng)的兩電平變換器上單個開關承受的電壓就達到了600～1000V，再考慮到一倍的裕量，需要選擇耐壓達1200～2000V的開關管。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。正是因為TL變換器能夠降低電壓應力，所以在開關穩(wěn)壓源中這種變換器結構得到了越來越多的應用。許多文獻對TL變換器在開關穩(wěn)壓源中的應用進行了論述，但是探討TL變換器用于充電電源的文獻卻不多，論述也不完整。本文從TL變換器的工作原理人手，對其特性進行了詳細地論述，并將其工作特性與兩電平變換器做出了優(yōu)劣對比分析，最后得出相關結論。

1 工作原理
圖l為三電平ZCS恒流充電電源主電氣結構示意圖。

圖2一l中，C1與C2為儲能電容，這之前為三相整流與軟啟動電路，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程來分析。
1)全電壓模式過程分析
G1、G2、G6為一組，G3、G4、G5為一組，這兩組輪流導通。當其中一組導通時，2個儲能電容電壓Us直接加至諧振電路端，構成的1個工作階段簡化電路如圖2所示。圖2為二階動態(tài)電路。在復頻域中對這個電路列寫方程并求解，可得：