一種新穎的雙升壓／雙降壓式AC／AC變換器

摘要：提出了一種新穎的適用于航空變頻電源(360～800 Hz)的AC／AC變換器。它由雙升壓式整流器和雙降壓式逆變器直接連接構(gòu)成，繼承了無(wú)橋臂直通隱患、無(wú)體二極管反向恢復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有可靠性高和效率高的優(yōu)點(diǎn)。簡(jiǎn)要介紹了該變換器的工作原理和控制方法；推導(dǎo)了前后級(jí)電感的設(shè)計(jì)公式；仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。
關(guān)鍵詞：變換器；雙升壓／雙降壓；濾波器

1 引言
目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用的PWM整流／逆變電路為半橋或全橋結(jié)構(gòu)。該電路拓?fù)涞闹饕蛔闶峭粯虮坶_(kāi)關(guān)管串聯(lián)，存在發(fā)生開(kāi)關(guān)管直通短路隱患。同時(shí)電路的續(xù)流二極管為開(kāi)關(guān)管的體二極管，其反向恢復(fù)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，導(dǎo)致大的反向恢復(fù)損耗。這兩個(gè)問(wèn)題使該P(yáng)WM整流／逆變電路的可靠性和變換效率受到了限制，對(duì)頻率較高的飛機(jī)變頻電源而言，該影響更為明顯。
針對(duì)以上問(wèn)題，在此提出了一種新穎的PWM整流／逆變電路。它由一個(gè)雙升壓式整流電路(前級(jí))和一個(gè)雙降壓式逆變電路(后級(jí))直接連接
構(gòu)成。該電路避免了兩開(kāi)關(guān)管串聯(lián)與直流電源并接的結(jié)構(gòu)，消除了直通短路的可能性，也避免了借用開(kāi)關(guān)管體二極管續(xù)流，導(dǎo)致反向恢復(fù)損耗大的缺陷，同時(shí)效率和可靠性均得到較大提高；且前后級(jí)共用一個(gè)直流母線，輸入輸出共地，電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，尤其適用于飛機(jī)變頻電源場(chǎng)合。

2 工作原理和控制方法
2．1 主電路工作原理
圖1示出所提出的雙升壓／雙降壓式AC／AC變換器結(jié)構(gòu)，它由前級(jí)雙升壓式整流電路和后級(jí)雙降壓式逆變電路連接構(gòu)成。

2．1．1 雙升壓式整流電路
該電路由uin，V2，VD2，L2，C1，C2構(gòu)成第一組Boost電路，由uin，V1，VD1，L1，C1，C2組成第二組Boost電路，有如圖2所示的4種工作模態(tài)。無(wú)論該電路是工作在整流還是有源逆變狀態(tài)，都希望輸入電源的輸出電流盡量正弦化且與輸入電壓同相位，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，因此該電路的工作周期可分成兩段：輸入電流正半周(iin>0)和負(fù)半周(iin0)。iin>0時(shí)間段第一組電路工作，有兩種工作模態(tài)(1，2)；iin0時(shí)間段第二組電路工作，也有兩種工作模態(tài)(3，4)。當(dāng)輸入電流與輸入電壓同相位時(shí)，電路工作在PWM整流狀態(tài)；當(dāng)兩者相位相反時(shí)，電路工作在PWM有源逆變狀態(tài)。