Buck型 AC/AC交流變換器的設計與實現

圖5 uin 0, iLf > 0時的開關模態：

(a) S1b開通、S2b關斷；

(b) S1b關斷，S2b開通

3 控制策略

Buck型AC/AC交流變換器的控制框圖如圖6所示。

輸出電壓經反饋采樣后，與基準輸出電壓信號uo_ref進行比較，經PI調節后得到輸出電壓誤差放大信號ue，再與三角波進行比較，得到高頻PWM控制信號SP2，SP2反相后得到控制信號SN2；輸入電壓經采樣后，經過零比較器產生低頻的輸入電壓極性信號SP1，SP1反相后得到信號SN1；SP2、SN2分別與SP1、SN1 進行邏輯或調制，產生開關管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信號K1a、K1b、K2a、K2b。

4仿真與實驗

為了驗證Buck型AC/AC交流變換器理論分析的正確性和控制策略的可行性，對該變換器進行了仿真與實驗研究。

4.1仿真波形

仿真參數如下：輸入電壓幅值額定輸出電壓幅值為負載為48.4 W的電阻(輸出功率為250 W)，開關采用理想器件；輸入電壓頻率f=50 Hz；開關頻率為50kHz；電感Lf =500μH，電容Cf =4.4μF。

開關管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信號K1a、K1b、K2a、K2b的仿真波形如圖7(a)所示。當輸入電壓大于零時，開關管S1b、S2b恒通，S1a、S2a高頻互補開通；當輸入電壓小于零時，開關管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高頻互補開通。圖7(b)為輸入電壓uin、輸出電壓uo和交流開關管S2的兩端（即S2a、S2b兩管D（漏極）-D（漏極）之間的）電壓波形uS2。

圖7 Buck型AC/AC交流變換器的仿真波形：

(a) 控制信號K1a、K1b、K2a、K2b ；

(b) 電壓uin、uo及uS2

4.2實驗波形

根據上述分析，本文設計了一臺原理樣機。樣機參數設置如下：輸入電壓有效值Uin =220V, 額定輸出電壓有效值Uo =110V。開關管采用IRFP460A；輸入電壓頻率為50Hz；開關頻率為45kHz；電感Lf=500μH；電容Cf=4.4μF。其實驗波形如圖8所示。其中圖8(a)為輸入電壓uin和輸出電壓uo的實驗波形，uo和uin的相位相同；圖8(b)為輸入電壓uin和交流開關管S2的兩端電壓波形uS2，uS2是以uin為包絡線的高頻脈沖序列。