電壓源高頻交流環(huán)節(jié)AC AC變換器原理研究

(a)全橋全波式電路拓撲

(b)S1(S1′)、S3導(dǎo)通，S2(S2′)、S4截止(c)S2(S2′)、S3導(dǎo)通，S1(S1′)、S4截止

(d)S2(S2′)、S4導(dǎo)通，S1(S1′)、S3截止(e)S1(S1′)、S4導(dǎo)通，S2(S2′)、S3截止

阻、功率開關(guān)通態(tài)電阻、濾波電感寄生電阻等在內(nèi)的等效電阻。

由于開關(guān)頻率fs遠大于輸出LC濾波器的截止頻率和輸入、輸出正弦交流電壓的頻率，因此，在一個開關(guān)周期Ts內(nèi)輸入電壓ui和輸出電壓uo均可看成恒定量，可用狀態(tài)空間平均法建立輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系式。

圖4(a)所示等效電路的狀態(tài)方程為Lf=－riLf＋ui－uo(2.a)Cf=iLf－(2.b)

圖4(b)所示等效電路的狀態(tài)方程為Lf=－riLf－ui－uo(3.a)Cf=iLf－(3.b)式(2)乘以D加式(3)乘以(1－D)，令=0，=0，可得狀態(tài)變量在任何一個開關(guān)周期內(nèi)的穩(wěn)態(tài)值為ILf=(4.a)Uo=(4.b)

電壓源高頻交流環(huán)節(jié)AC/AC變換器原理研究

(a)S1(S1′)、S3或S2(S2′)、S4導(dǎo)通時

(b)S2(S2′)、S3或S1(S1′)、S4導(dǎo)通時

圖4電壓源高頻交流環(huán)節(jié)AC/AC

變換器CCM模式時兩種等效電路

(b)DCM模式

(a)臨界CCM模式

圖5濾波電感電流臨界CCM和DCM

模式時一個開關(guān)周期內(nèi)的波形

3.2穩(wěn)態(tài)時變換器外特性

3.2.1理想情形(r=0)

由式(4.b)可知，理想情形且CCM模式時變換器的外特性為Uo=(5)

濾波電感電流臨界連續(xù)和DCM模式時一個開關(guān)周期內(nèi)的原理波形，如圖5所示。

由圖5(a)可知，t2－t1=DTs/2。t=t1～t2時，有uiN2/N1－uo=Lf=Lf=Lf(6)

電感電流臨界連續(xù)時的負載電流為IG=Iomin=iLf(t2)，由式(5)、(6)得IG=D(1－D)(7)

由式(7)可知，當(dāng)D=1/2時，IG達到最大值，即IGmax=(8)

由式(7)、(8)可知，理想情形且濾波電感電流臨界連續(xù)時變換器的外特性為

IG=4IGmaxD(1－D)(9)

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

t=t2～t3時，由圖4(b)所示等效電路可知(r=0)uiN2/N1＋uo=－Lf=－Lf=Lf(11)

由式(10)、(11)得t3－t2=(12)

輸出負載電流為io==(13)

由式(8)、(10)、(12)、(13)得Io=IGmax(14)

因此，理想情形且DCM模式時變換器的外特性為=(15)