三电平谐振式充电电源的分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第3页90％左右，这样就必须考虑开关器件的损耗。相比于采用PWM(脉宽调制模式)结构的硬开通、硬关断电源，谐振式结构因有着软开通、软关断的特性而有较高的效率【4】。谐振式结构主要有zcs(零电流关断)和zvs(零电压开通)两种。ZCS是串联谐振式、串并联谐振式结构的工作方式，而ZVS是并联谐振式、串并联谐振式结构的工作方式。这两种工作方式的优点在于：三电平ZCS充电结构可以提高充电精度，能在一定程度上减小充电电源的体积和重量；三电平ZVS充电结构可以有效利用变压器的分布参

2、数以减小谐振电路体积和重量、提高输出电压等级，并且可以采用高频低压开关器件组建三电平变换器，能在一定程度上减小充电电源的体积和重量。通过以上的叙述，可以看到：三电平谐振充电电源相比两电平谐振充电电源其重量和尺寸都可以在一定程度上减小，有利于应用在对重量和尺寸有较高要求的特殊领域。通过相关的文献资料查阅，文献[9]中韩国POSCON公司研究开发中心联合韩国大学制做出了15kW／30kV的三电平ZCS谐振式充电电源，采用了半桥型结构；文献[10]中美国电力电子中心研制出了30kW／10kV的三电平ZVS谐

3、振式充电电源；但是在国内，三电平谐振充电电源的研究发展还不足，还没有出现实验品及相应的产品，只有文献[8]在两电平的基础上对三电平谐振式充电电源作了部分的分析和仿真研究。除此之外，三电平谐振充电电源的功率密度还不够大，体积和尺寸还有进一步减小的空间，可以对三电平谐振充电结构进一步深入研究。如上所述，三电平谐振式充电电源是存在优点的。在电力电子技术迅速发展的今天，不论民用还是国防科研用途，都对电力电子装备提出了小型化、轻量化的要求。研制三电平谐振式充电电源可以在许多对重量、尺寸及充电精度要求较高的地方用

4、于代替传统的两电平谐振式充电电源，其发展与应用有着广阔的前景。1．2三电平恒流充电电源研究现状三电平直流变换器自1992年提出后得到了快速的发展，不论是从电路结构还是工作特性分析上都得到了较大完善，形成了与两电平直流变换器相似的体系，对于从实验品向工业产品的过渡提供了良好的支持。在国外，三电平直流变换器已经用于大功率充电电源产品上，体现了三电平直流变换在DC-AC(直流一交流)环节两电平直流变换器不能代替的优势，实现了大功率充电电源的小型化。近几年来三电平开关电源在我国有了迅速的发展。理论上西南交通大

5、学硕士研究生学位论文第4页有很多学者对三电平开关电源的各种拓扑结构进行了研究。相关文献和书籍【3】【11】等的出版，标志我国在三电平及多电平开关电源的研究上有了突破性进展；在实践中，产生了很多小巧实用的三电平低压产品，为我国的电力电子工业的发展注入了活力。但是，从所搜集的资料来看，国内的三电平开关电源都是用做通讯电源、航空电源一类的低压大电流电源【3】，其输出功率一般在10kW以下，还没有将三电平技术应用在10kW以上的充电电源中，在实际的产品中也没有涉及到相关的技术【12】’【171。文献[8]对三

6、电平应用于高压充电电源有过论述，但是它只是在文献[4]的基础上做了部分改动，并没有触及三电平充电电源采用何种拓扑、何种控制方法来有效控制整体体积和重量。从国外的文献资料[9][18][19]来看，目前三电平充电电源单台能做到的功率等级最高为15kW／30kV和30kW／10kV。如表1．1所示为截止目前国内外出现的采用三电平直流变换器的电源产品列表。表1．1国内外出现的采用三电平直流变换器的电源产品列表是台研制单位相关参数备注产品美副1o】输入600V采用三电平直流变换器输出10kV／30kW是开关管

7、用高频MOSFET电力电子系统中心开关频率200kHz充电I【l源输入600V采用三电平直流变换器美国【20】输出是开关管用MOSFET电力电子系统中心1OkV／50W／inch3充电电源开关频率700kHz输入500V采用三电平直流变换器韩国【21】输出30kV／15kW开关管用IGBT是POSCON公司研发中心开关频率34kHz负载I乜容44nF重复频率lkHz充电电源韩国【22】输入560V采用三电平直流变换器否Dongguk大学电气系输出27V／1．8kW稳压电源美国【23】输入800V采用三

8、电平直流变换器输出52V／6kW否开关管用高频MOSFET电力电子系统中心开关频率10,0kHz稳压电源西南交通大学硕士研究生学位论文第5页中国【12】输入500V+10％采用三电平直流变换器否开关管用IGBT华中科大输出48V／2．5kW稳压电源开关频率40kHz中国【25】输入400V采用三电平直流变换器输出12V／1．2kW否开关管用MOSFET南京航空航天大学开关频率100kHz稳压电源中国126】输入520V采用三电平直流变换器否开关管用IGB