基于單相Boost型 AC/AC交流變換器的分析與實現

摘要：詳細分析了單相Boost型AC/AC交流變換器的工作原理及其控制策略。通過對輸入電壓的極性判斷，并結合輸出電壓誤差放大信號與三角載波的比較結果，可確定各開關管的工作狀態。對單相Boost型AC/AC交流變換器進行了仿真研究，并研制了一臺原理樣機，仿真和試驗結果驗證了理論分析的正確性及控制策略的可行性。

1 引言

AC/AC交流變換是把一種形式的交流電變換為另一種形式的交流電[1-2]，其中可用于升壓變換的主要有工頻變壓器、交-直-交變換器、電子變壓器[3-4]、高頻交流環節AC/AC交流變換器[5-6]、非隔離的Boost型、Buck-Boost型AC/AC交流變換器[7-11]。

工頻變壓器體積重量大，且無穩壓及調壓功能；交-直-交變換器變換級數過多，變換效率不高，對電網諧波污染嚴重，且在升壓場合還需一臺升壓變壓器；電子變壓器體積重量小，無穩壓及調壓功能，且開關器件數量眾多；高頻交流環節AC/AC交流變換器雖然可實現電氣隔離，但拓撲結構及控制電路復雜，且開關器件數量眾多；Buck-Boost型AC/AC交流變換器能實現升降壓功能，但其開關管電壓應力高，輸入輸出之間無直接能量傳遞通路，從而變換效率不高，且輸入輸出相位相反；在無需隔離的升壓場合，Boost型AC/AC交流變換器具有結構簡單、容易控制等特點。本文詳細分析了單相Boost型AC/AC交流變換器的工作原理及其控制策略，對其進行了仿真研究，并研制了一臺原理樣機，仿真及試驗結果與理論分析一致。

2 電路結構與工作原理

圖1為單相Boost型AC/AC交流變換器的電路結構[7]，其中S1（S1a、S1b）和S2（S2a、S2b）為兩對交流開關管，二者高頻互補開通，開通時間分別為DTS、(1-D)TS，其中D為占空比，TS為開關周期。

該變換器可看成正反兩個Boost型DC/DC直流變換器的組合，當輸入電壓大于零時，正向Boost型DC/DC直流變換器由電感Lf、開關管S1a和S2a、電容Cf構成；當輸入電壓小于零時，反向Boost型DC/DC直流變換器由電感Lf、開關管S1b和S2b、電容Cf構成。