单极性移相控制电压源高频交流环节ac-ac变换器研究

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1、单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究

2、第1对这类变换器的双极性移相控制策略已进行深入研究并有了结论[2,3]。本文提出并深入研究了单极性移相控制策电压源高频交流环节AC/DC变换器.2单极性移相控制原理单极性移相控制原理，如图2所示。输入周波变换器将输入电压ui调制成双极性三态的电压波uN1,输出周波变换器将此电压波解调成单极性SP波，经输出滤波后得到正弦电压uo。输出周波变换器功率开关是在uN1为零期间进行换流的，实现了ZVS开关。输入周波变换器右桥臂相对左桥臂存在移相角q，而且输出滤波器前端电压为单极性SP波，故为单极性移相控制。S1a

3、(S1b)与S4a(S4b)、S2a(S2b)与S3a(S3b)之间在1个开关周期Ts内的共同导通时间为500)this.style.ouseg(this)">通过调节移相角q可实现输出电压的稳定。500)this.style.ouseg(this)">3稳态原理与外特性3.1稳态原理这里仅分析uo>0,iLf>0时1个开关周期内稳态工作情况,有12个工作模式，其稳态原理波形和开关过程等效电路如图3、4所示。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.styl

4、e.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">流通，uDC为零，如图4(d)所示。此时，变压器副边漏感上的能量转移到功率开关S5a结电容上，由于变压器上电压为零，因此不会引起输出周波变换器功率开关的电压过冲现象。500)this.style.ouseg(this)">周期。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">3.2输出电压与滤波电感

5、电流的定量表达式由上述分析可知，稳态工作且输出滤波电感电流连续时，1个开关周期内2种等效电路，如图5所示。其中r为包括变压器绕阻电阻、漏抗、功率开关通态电阻、滤波电感寄生电阻等在内的等效电阻。500)this.style.ouseg(this)">在1个开关周期内输出电压uo可看成恒定量,图5(a)所示等效电路的状态方程为500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">式(6)、(7)中D为滤波器前端电压在1个开关周期内的占空比，即D=2TTs=(180o-q)/180o。3.3稳态时变换器外

6、特性由式(7)可知，理想情形(r=0)且CCM时变换器的外特性为500)this.style.ouseg(this)">由式(10)可知，当D=1/2时，IG达到最大值，即500)this.style.ouseg(this)">输出负载电流为500)this.style.ouseg(this)">实际情形(r≠0)时，变换器外特性可由式(6)表示。变换器标幺外特性Uo/(UiN2/N1)=f(Io/Iomax)，如图6所示。曲线A为临界CCM时外特性曲线，由式(12)决定；曲线A右边为滤波电感电流CCM时外特性曲线，实线为理想情形时曲线，由式(8)决定，虚

7、线为实际情形时曲线，由式(7)决定；曲线A左边为DCM时外特性曲线，由式(17)决定。500)this.style.ouseg(this)">4原理试验设计实例：输入电压Ui=220V±10%（50Hz），输出电压Uo=220V(50Hz)；开关频率Fs=50kHz；变压器匝比为N1/N2/N2=14/18/18、磁芯选用铁氧体PM74；滤波电感Lf=0.15mH;Cf=4mF。这类变换器原理试验波形，如图7所示。试验结果表明：①变压器原边绕组电压为单极性三态的高频交流电压波；②输出周波变换器功率开关实现了ZVS开关;③输出滤波器前端电压为单极性SP波，频

8、谱特性好；④输出电压波形失真度低。试验结果与理论分析一致。500)this.style.ouseg(this)">5结论（1）单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换、功率密度高、双向功率流、输出周波变换器实现了ZVS换流、输出滤波器前端电压为单极性SP波、音频噪声低等优点，与这类变换器双极性移相控制相比，该变换器输出频谱特性更优、输出滤波器更小、工程实现更容易；（2）在1个开关周期内有12种工作模式；（3）获得了变换器外特性曲线以及关键电路参数设计准则；（4）原理试验结果与理论分析一致。