三电平ZCS充电结构的工作特性研究

摘要：本文探讨了将三电平变换器应用于充电电源的可能性，从其工作原理入手分析了其工作特性、指出了其存在的优势并给出了三电平ZCS充电结构的参数设计依据。另外，还针对储能电容的取值进行了论述，指出储能电容的取值对重复精度的影响。最后通过设计若干组仿真实验进行了验证，得出TL变换器可以用于改善充电电源某些方面的性能指标的结论。
关键词：三电平；串联谐振；充电电源；零电流关断(ZCS)

0 引言
三电平变换器简称TL变换器，是20世纪90年代提出来的一种变换器结构。该结构的最大优点在于能够降低开关管承受的电压应力，方便开关管的选择，减小其重量和尺寸。在大多数开关电源中，由于DC／DC前级加入了功率因数校正电路，DC／DC变换器的输入电压会达到600～l000V，传统的两电平变换器上单个开关承受的电压就达到了600～1000V，再考虑到一倍的裕量，需要选择耐压达1200～2000V的开关管。这就增加了选型的难度，如果再要求DC／DC变换器以更高频率工作，选型就更加困难了。正是因为TL变换器能够降低电压应力，所以在开关稳压源中这种变换器结构得到了越来越多的应用。许多文献对TL变换器在开关稳压源中的应用进行了论述，但是探讨TL变换器用于充电电源的文献却不多，论述也不完整。本文从TL变换器的工作原理人手，对其特性进行了详细地论述，并将其工作特性与两电平变换器做出了优劣对比分析，最后得出相关结论。

1 工作原理
图l为三电平ZCS恒流充电电源主电气结构示意图。

图2一l中，C1与C2为储能电容，这之前为三相整流与软启动电路，之后为充电电路，包括三电平变换器、谐振电路及高压整流环节。
三电平恒流充电电源的工作可以分全电压模式和半电压模式过程来分析。
1)全电压模式过程分析
G1、G2、G6为一组，G3、G4、G5为一组，这两组轮流导通。当其中一组导通时，2个储能电容电压Us直接加至谐振电路端，构成的1个工作阶段简化电路如图2所示。图2为二阶动态电路。在复频域中对这个电路列写方程并求解，可得：