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，繼承了無橋臂直通隱患、無體二極管反向恢復(fù)的優(yōu)點，同時具有可靠性高和效率高的優(yōu)點。簡要介紹了該變換器的工作原理和控制方法；推導(dǎo)了前后級電感的設(shè)計公式；仿真和實驗驗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)。該電路拓撲的主要不足是同一橋臂開關(guān)管串聯(lián)，存在發(fā)生開關(guān)管直通短路隱患。同時電路的續(xù)流二極管為開關(guān)管的體二極管，其反向恢復(fù)時間相當(dāng)長，導(dǎo)致大的反向恢復(fù)損耗。這兩個問題使該PWM整流／逆變電路的可靠性和變換效率受到了限制，對頻率較高的飛機變頻電源而言，該影響更為明顯。
針對以上問題，在此提出了一種新穎的PWM整流／逆變電路。它由一個雙升壓式整流電路(前級)和一個雙降壓式逆變電路(后級)直接連接
構(gòu)成。該電路避免了兩開關(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，同時效率和可靠性均得到較大提高；且前后級共用一個直流母線，輸入輸出共地，電路構(gòu)成簡單，尤其適用于飛機變頻電源場合。

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)，它由前級雙升壓式整流電路和后級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)和負半周(iin0)。iin>0時間段第一組電路工作，有兩種工作模態(tài)(1，2)；iin0時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，電路工作在PWM整流狀態(tài)；當(dāng)兩者相位相反時，電路工作在PWM有源逆變狀態(tài)。