單周控制的單相交流斬波調(diào)壓電路

在正弦負(fù)半波時 T2、T4工作，T1、T3被D1，D3旁路不工作，當(dāng)T2開通時交流負(fù)電壓加于負(fù)載，T2關(guān)斷時，T4導(dǎo)通起著續(xù)流作用輸至負(fù)載的電壓為零。這里T2，T4的控制信號是互補(bǔ)的。

并聯(lián)式電路工作，當(dāng)電壓為交流正弦正半波時，T1、T3工作，T2，T4斷開，其工作原理和串聯(lián)式電路類似。圖2為單相AC/AC變換的并聯(lián)式電路中的開關(guān)管T1，T2，T3，T4 驅(qū)動信號。假定交流電壓的周期為T，顯然前T/2為正弦正半波，T1，T3互補(bǔ)開通，后T/2為正弦負(fù)半波，T2，T4互補(bǔ)開通，圖2中畫的開關(guān)頻率是4/T。

圖2 單相AC/AC變換并聯(lián)式電路T1-T4開關(guān)管驅(qū)動信號

實際采用的開關(guān)頻率較高，但過高，如未用軟開關(guān)技術(shù)，將導(dǎo)致開關(guān)損耗加大，開關(guān)頻率太低，使輸出濾波器尺寸變大，輸出電壓正弦度差。一般來講開關(guān)頻率宜大于電源頻率的20倍較好。

3 單周控制原理

產(chǎn)生上述驅(qū)動信號的方法有多種，本文采用單周控制[3，4，5]。在上世紀(jì)90年代初，由華人學(xué)者Keyue Smedley提出的基于Buck電路的單周控制(One-cycle control)方法，它是一種新型非線性大信號的脈寬調(diào)制(PWM)控制，該方法控制電路簡單，用的元件少而成本低，動態(tài)響應(yīng)快，也能保證靜態(tài)要求，特別在負(fù)荷變化時有一定的穩(wěn)壓作用。

單周控制可分為4類：⑴恒頻PWM；⑵恒導(dǎo)通時間；⑶恒截止時間；⑷變化開關(guān)周期。實際使用中是以恒頻，即恒開關(guān)周期的控制用得較多，其它三類控制產(chǎn)生的開關(guān)周期的諧波比較難以消除。因此本文也采用恒開關(guān)周期的單周控制。

圖3 恒頻PWM開關(guān)單周控制(OCC)原理圖

恒頻PWM開關(guān)單周控制原理如圖3所示。假定開關(guān)SW的開關(guān)頻率為fs=1/Ts，開關(guān)函數(shù)k(t)是
(1)

式中Ton為每開關(guān)周期的導(dǎo)通時間，Ts為開關(guān)周期，占空比d是開關(guān)導(dǎo)通時間和開關(guān)周期的比：d=Ton/Ts，它由圖3上的參考信號Vref調(diào)制。由此可看出開關(guān)SW的輸入量x(t)和輸出量y(t)的關(guān)系為
y(t)=k(t)x(t) (2)

開關(guān)SW一旦由時鐘脈沖clock通過RS觸發(fā)器Q端接通，積分器也開始工作，當(dāng)積分值Vint大於比較器另一輸入Vref，RS觸發(fā)器復(fù)位，其Q端輸出變?yōu)椤?”，開關(guān)SW關(guān)斷，積分器復(fù)位，一個開關(guān)周期結(jié)束，直到下一個時鐘脈沖來到。

假設(shè)開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于輸入信號x(t)頻率，可認(rèn)為在一個開關(guān)周期內(nèi)x(t)為常數(shù)，則y(t)的平均值為:
(3)

單周控制的本質(zhì)是通過控制占空比d(t)，使得x(t)在每周期的導(dǎo)通時間Ton內(nèi)的積分等于參考量ref(t)在一個開關(guān)周期的積分Uref，亦即

從而使每個開關(guān)周期中，開關(guān)輸出量的平均值y(t)等于參考量ref(t)的平均值。

4 仿真結(jié)構(gòu)

圖4為單周控制的單相AC/AC轉(zhuǎn)換的并聯(lián)式電路的Simulink仿真[6，7，8]總結(jié)構(gòu)圖。圖4左上部為單相交流正弦電源U1，中部為電壓正值時工作的開關(guān)管(IGBT)T1，T3，負(fù)值時工作的T2，T4，及濾波用電感L、電容C，右邊為負(fù)荷電阻R1，R2及開關(guān)SW，定時器Timer，用以定時切除負(fù)載電阻R2。

圖4 單周控制的單相AC/AC轉(zhuǎn)換并聯(lián)式Buck電路仿真總結(jié)構(gòu)圖