Buck型 AC/AC交流變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖5 uin 0, iLf > 0時(shí)的開(kāi)關(guān)模態(tài)：

(a) S1b開(kāi)通、S2b關(guān)斷；

(b) S1b關(guān)斷，S2b開(kāi)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(jīng)反饋采樣后，與基準(zhǔn)輸出電壓信號(hào)uo_ref進(jìn)行比較，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后得到輸出電壓誤差放大信號(hào)ue，再與三角波進(jìn)行比較，得到高頻PWM控制信號(hào)SP2，SP2反相后得到控制信號(hào)SN2；輸入電壓經(jīng)采樣后，經(jīng)過(guò)零比較器產(chǎn)生低頻的輸入電壓極性信號(hào)SP1，SP1反相后得到信號(hào)SN1；SP2、SN2分別與SP1、SN1 進(jìn)行邏輯或調(diào)制，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信號(hào)K1a、K1b、K2a、K2b。

4仿真與實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)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(duì)該變換器進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)研究。

4.1仿真波形

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

開(kāi)關(guān)管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信號(hào)K1a、K1b、K2a、K2b的仿真波形如圖7(a)所示。當(dāng)輸入電壓大于零時(shí)，開(kāi)關(guān)管S1b、S2b恒通，S1a、S2a高頻互補(bǔ)開(kāi)通；當(dāng)輸入電壓小于零時(shí)，開(kāi)關(guān)管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高頻互補(bǔ)開(kāi)通。圖7(b)為輸入電壓uin、輸出電壓uo和交流開(kāi)關(guān)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(hào)K1a、K1b、K2a、K2b ；

(b) 電壓uin、uo及uS2

4.2實(shí)驗(yàn)波形

根據(jù)上述分析，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)原理樣機(jī)。樣機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：輸入電壓有效值Uin =220V, 額定輸出電壓有效值Uo =110V。開(kāi)關(guān)管采用IRFP460A；輸入電壓頻率為50Hz；開(kāi)關(guān)頻率為45kHz；電感Lf=500μH；電容Cf=4.4μF。其實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)波形，uo和uin的相位相同；圖8(b)為輸入電壓uin和交流開(kāi)關(guān)管S2的兩端電壓波形uS2，uS2是以u(píng)in為包絡(luò)線的高頻脈沖序列。