电压源高频交流环节AC AC变换器原理研究

电流临界连续时的负载电流为IG=Iomin=iLf(t2)，由式(5)、(6)得IG=D(1－D)(7)

由式(7)可知，当D=1/2时，IG达到最大值，即IGmax=(8)

由式(7)、(8)可知，理想情形且滤波电感电流临界连续时变换器的外特性为

IG=4IGmaxD(1－D)(9)

由图5(b)可知，t3t1＋Ts/2，t2－t1=DTs/2。t=t1～t2时，由图4(a)所示等效电路可知(r=0)uiN2/N1－uo=Lf=Lf=Lf(10)

t=t2～t3时，由图4(b)所示等效电路可知(r=0)uiN2/N1＋uo=－Lf=－Lf=Lf(11)

由式(10)、(11)得t3－t2=(12)

输出负载电流为io==(13)

由式(8)、(10)、(12)、(13)得Io=IGmax(14)

因此，理想情形且DCM模式时变换器的外特性为=(15)

3.2.2实际情形

实际情形时，变换器的内阻r不为零，因此变换器的外特性可由式(4.b)表示。

取N1/N2=1，由式(5)、(9)、(15)、(4.b)可得变换器的标幺外特性Uo/Ui=f(Io/Iomax)，如图6所示。曲线A为滤波电感电流临界连续时外特性曲线，由式(9)决定；曲线A右边为滤波电感电流连续时外特性曲线，实线为理想情形时曲线，由式(5)决定，虚线为实际情形时曲线，由式(4.b)决定，可见随负载电流增加，输出电压下降；曲线A左边为滤波电感电流断续时外特性曲线，由式(15)决定，可见输出电压与输入电压比不仅与D有关，而且与负载电流有关。

4仿真实例

全桥全波式电路拓扑，移相控制策略，输入电压Ui=220（1±10％）V，频率50Hz，输出电压Uo=220V(50Hz)，额定容量S=3kVA，负载功率因数为－0.75～0.75，开关频率fs=100kHz，变压器匝比N1/N2=1:1.3，输入滤波电感Li=10μH，输入滤波电容Ci=50μF，输出滤波电感Lf=0.5mH，输出滤

图6电压源高频交流环节AC/AC变换器标幺外特性

(a)额定输入电压、电阻性额定负载

(b)额定输入电压、空载

(c)额定输入电压、阻性满载

(d)输入电压200V、感性轻载

(e)输入电压240V、容性满载

图73kVA电压源高频交流环节AC/AC变换器仿真波形

电压源高频交流环节AC/AC变换器原理研究

波电容Cf=20μF。

不同输入电压、不同负载时，3kVA220V（1＋±10％）(50Hz)电压源高频交流环节AC/AC变换器的仿真波形，如图7所示。由仿真波形可知，变压器工作频率为100kHz，输出电压波形THD低，网侧电流波形正弦度高，具有强的负载适应能力和优良的稳压性能。

5结语

(1)电压源高频交流环节AC/AC变换器，具有两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、高频电气隔离、网侧波形可得到改善、负载适应能力强等优点。

(2)电压源高频交流环节AC/AC变换器电路拓扑族包括单正激式、并联交错正激式、推挽全波式、推挽桥式、半桥全波式、半桥桥式、全桥全波式、全桥桥式等八种电路。

(3)获得了变换器外特性曲线。

(4)仿真结果证实了电压源高频交流环节AC/

AC变换器新概念的正确性和先进性。