基于單相Boost型 AC/AC交流變換器的分析與實現

(3) uin 0, iLf 0

在[t2～t3]時段內，uin 0, iLf 0，此時開關管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高頻互補開通，反向Boost型DC/DC直流變換器工作，如圖5所示。

當開關管S1b導通，S2b斷開時，電感電流iLf經電感Lf、輸入電源uin、交流開關管S1流通，如圖5(a)所示；當開關管S1b斷開，S2b開通時，電感電流iLf經電感Lf、輸入電源uin、電容Cf和負載、交流開關管S2流通，如圖5(b)所示。

(4) uin 0, iLf > 0

在[t3～t4]時段內，uin0, iLf >0，此時開關管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高頻互補開通，反向Boost型DC/DC直流變換器工作，如圖6所示。

當開關管S1b導通，S2b斷開時，電感電流iLf經電感Lf、交流開關管S1、輸入電源uin流通，如圖6(a)所示；當開關管S1b斷開，S2b開通時，電感電流iLf經電感Lf、交流開關管S2、電容Cf和負載、輸入電源uin流通，如圖6(b)所示。

3 控制策略

通過對單相Boost型AC/AC交流變換器的工作原理的分析可知，無論電感電流方向如何，開關管的工作模態只與輸入電壓的極性有關。當uin > 0時，開關管S1b、S2b恒通，S1a、S2a高頻互補開通, 正向Boost型DC/DC直流變換器工作；當uin 0時，開關管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高頻互補開通，反向Boost型DC/DC直流變換器工作。由此可得單相Boost型AC/AC交流變換器的控制框圖，如圖7所示。

輸入電壓經采樣后，由過零比較器得到輸入電壓uin的極性信號SP1，SP1反相得到信號SN1; 輸出電壓uo的反饋采樣信號uo_f與基準輸出電壓uo_ref比較，經PI調節后得到電壓誤差信號ue，ue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; SP1、SN1分別與SP2、SN2進行邏輯或調制，得到開關管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信號K1a、K1b、K2a、K2b。

4 仿真與實驗

為了驗證Boost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：輸入電壓的有效值Uin=110 V，基準輸出電壓的有效值Uo_ref =220 V，開關管采用理想器件；輸入電壓頻率為50 Hz；開關頻率為50 kHz；電感Lf =500 μH，電容Cf =10 μF。

開關管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信號K1a、K1b、K2a、K2b的仿真波形如圖8(a)所示；圖8(b)中是交流開關管S1兩端電壓uS1、輸入電壓uin和輸出電壓uo的仿真波形，其中uo和uin相位相同，交流開關管S1兩端的電壓uS1是以輸出電壓uo為包絡線的高頻脈沖序列。