三电平ZCS充电结构的工作特性研究

3 仿真实验
如图4为三电平ZCS恒流充电电源仿真模型。
三电平ZCS恒流充电电源的工作参数如下：
谐振频率40kHz，开关频率20kHz，变压器匝比110或220，储能电容5 000μF或10 000μF，负载电容0．24μF，负载额定电压50kV，额定功率30kJ／s，重复频率1 00Hz。
为了突出三电平变换器的优点，分别做以下3个实验：
(1)变压器匝比110时，三电平变换器仅采用全电压模式充电，谐振电感8．64μH，谐振电容1．87μF，储能电容为5 000μF及10 000μF；
(2)变压器匝比220时，三电平变换器仅采用全电压模式充电，谐振电感3．2μH，谐振电容4．96μF，储能电容为5 000μF及10 000μF；
(3)变压器匝比220时，三电平变换器先采用全电压模式充电，再采用半电压模式充电，模式转换时间设置在8ms，谐振电感4．05μH，谐振电容3．9lμF，储能电容为5 000μF及10 000μF。根据以上3个实验可以得到表l中所列数据。
由表1可以得出以下结论：

(1)对于同一充电结构，储能电容值的大小对充电精度没有多大影响，但是对重复精度有较大的影响。三电平混合模式下负载功率需求降低了，储能电容电压波动较小，对于提高重复精度有利；
(2)同一储能电容值下，三种充电模式充电精度为：三电平混合模式>三电平半电压模式>两电平。三电平混合模式下的变压器次边充电电流值较小，所以能提高充电精度；
(3)虽然三电平变换器能够提高充电精度，但是其代价是：变压器初级充电电流比两电平变换器大一倍；
图5为实验3中TL变换器混合模式充电时的功率波形。

4 结束语
由此可以看出：TL变换器采用混合模式充电可以提高充电精度和重复精度，在某些对充电精度和重复精度有要求的应用领域有其优势。除此之外，三电平充电结构还可以将开关管承受的电压应力降低一半，所以可以选择低耐压且高频率的开关管了，可以一定程度上减小电源的尺寸和重量。