带双Buck逆变器的DC／DC变换器低频电流纹波抑制

于电压补偿器后的陷波滤波器去除即可。平均电流控制时和引入陷波滤波器后输入电流对输出电流的闭环传递函数为：

式中：Ai(s)为开环时输入电流对输出电流的传递函数；Zo(s)为开环输出阻抗；Hu(s)为电压采样系数；Gu(s)为电压环补偿网络传递函数；Fm(s)为脉宽调制器增益；Gid(s)为输入电流对占空比的传递函数；Hi(s)为电流采样系数；Gi(s)为电流环补偿网络传递函数；GiLi(s)为电感电流对输出电流的传递函数；Tu(s)为电流开环时电压环增益，Tu(s)=Hu(s)·Gu(s)[1+Gi(s)]Fm(s)Gud(s)，Gud(s)为输出电压对占空比的传递函数；Tuf(s)为引入陷波滤波器后的电压环增益，Tuf(s)=Hu(s)Gu(s)Gf(s)[1+Gi(s)]Fm(s)Gud(s)；Ti(s)为电流环增益，Ti(s)=Gi(s)Fm(s)Gud(s)Hi(s)，GiLi(s)为滤波电感电流对占空比的传递函数。
图7示出不同方法下输入、输出电流传递函数波特图和系统环路增益波特图。

图7中变换器参数与后节所给相同。由图7a可见，平均电流控制时，外环截止频率为4 Hz，内环截止频率为5 kHz，低的外环截止频率保证低频纹波含量大大衰减；引入陷波滤波器时，外环截止频率为100 Hz，内环截止频率为5 kHz；400 Hz处的输入电流纹波均得到大大衰减，达到-25 dB。由图7b可见，在平均电流控制下系统带宽只有4 Hz，动态响应将很慢；在突加负载时，由于前级变换器动态响应较慢，有可能使母线电压瞬时跌落较多，导致后级正弦波电压出现削顶现象。

4 实验
在一台1 kVA两级式逆变器上进行实验。DC／DC变换器为推挽正激变换器，系统参数：输入电压28 V；母线电压360 V；输出滤波电感Lf1=Lf2=400μH；中间母线电容采用两只470μF电容串联；DC／AC变换器采用带阻性负载两态滞环控制的双Buck逆变器，输出交流电压115 V／400 Hz，输出滤波电感640μH，滤波电容6．6μF。
4．1 输入电流低频纹波抑制
图8为采用不同控制方法的实验波形。

可见，采用电压控制时，iin低频纹波值为25％，纹波含量较大；采用平均电流控制和引入陷波滤波器后，iin基本平直，低频纹波分量5％，纹波电流得到有效抑制；对比图8b，c可见，两种抑制方法效果基本一致，实验结果与理论分析吻合。
4．2 系统瞬态特性
为对比两种纹波抑制方法系统瞬态特性，进行突加、突卸70％阻性负载实验，结果如图9所示。

平均电流控制的系统带宽为4 Hz，引入陷波滤波器的系统带宽为100 Hz。可见，平均电流控制突加负载时，输出电压跌落值达120 V，恢复时间220 ms，母线电压跌落使逆变器输出电压出现削顶现象，经若干周期后逆变器输出恢复正常，突卸负载时，母线电压上冲幅值达90 V，恢复时间180 ms(考虑到突加负载时输出电压跌落大，突卸负载时输出电压过冲也较大，实验时仅突卸50％阻性负载)；引入陷波滤波器时突加、突卸负载时，母线电压上冲下陷幅值均为20 V左右，且动态过程仅32 ms，动态性能较好。
4．3 纹波抑制前后系统效率
输入电流低频纹波会增加DC／DC变换器的损耗，图10为3种情况下的系统效率曲线。可见纹波抑制后系统效率提高了两个百分点。

5 结论
两级式单相逆变器输入侧存在低频电流纹波，会对供电电源及自身性能造成影响；当后级为双Buck变换器时，两倍频脉动功率表现形式和传输机理不同于全桥逆变器，这里提出相应纹波抑制方法；对比分析了不同纹波抑制方法的效果，指出陷波滤波器较平均电流控制在动态响应方面的优势，表明抑制输入电流纹波可提高系统效率。