單周控制的單相交流斬波調(diào)壓電路

子模塊DRIVEN用于產(chǎn)生控制T1至T4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖5所示，子模塊OCC用于實(shí)現(xiàn)單周控制，如圖6所示。

圖5 T1至T4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)子模塊DRIVEN

圖6 單周控制子模塊OCC

OCC由積分器1/S、比較器Compa，RS觸發(fā)器，時(shí)鐘脈沖clk等組成。積分器輸入U(xiǎn)0取自4個(gè)開關(guān)管公共聯(lián)接點(diǎn)，它在Q脈沖到來，T1或T2開通時(shí)開始積分，其中開關(guān)Switch2 是用于控制電壓正、負(fù)半波的，負(fù)半波信號(hào)Nh為“1”時(shí)，積分器輸出經(jīng)反號(hào)器仍為正值，當(dāng)積分值大於給定參考值Vref，(這里用的是單相全波整流值)比較器Compa有輸出，復(fù)位RS觸發(fā)器時(shí)，（T1或T2關(guān)斷）由!Q信號(hào)控制開關(guān)Switch將積分值清零，直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來。

5 仿真實(shí)例

單相交流正弦電源220V，50Hz，濾波用電感L=2mH，電容C=90μF，負(fù)荷電阻R1=5Ω， R2=10Ω，開關(guān)頻率fs=1200Hz。

T1，..T4的IGBT元件參數(shù)：Ron=0.001Ω，Lon=1μH，通態(tài)壓降 =1V。吸收電路參數(shù)：Rs=100kΩ， Cs=∞。仿真首先從穩(wěn)態(tài)開始，U1幅值等于，50Hz負(fù)載電阻為R1+R2=5+10=15（Ω）保持恒定，單周控制頻率fs=1200Hz，再給出不同的參考值Ref [反比于開關(guān)頻率，其范圍為從(1→7)×10-4]，可以得到不同的負(fù)載電壓U2，其波形如圖8(a)所示，基本正弦，但存在一些與開關(guān)頻率的諧波，后者還取決于所用的濾波電路參數(shù)。圖7表示了在不同參考值Ref下的負(fù)載電壓的幅值U2m，可以看出兩者基本上是線性關(guān)系，在附錄A中給出了不同占空比d斬波下，AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的計(jì)算方法。

圖7 負(fù)載的電壓幅值U2m和參考值Ref的關(guān)系

應(yīng)該指出，用本方法變壓時(shí)，應(yīng)盡量避免用在占空比d=0和d=1的兩端，以免因控制不精確而出現(xiàn)非正常的、混亂的情況。圖8是假定U1=220V，50Hz， 參考值Ref=0.0003，在t=0時(shí)，接入負(fù)荷(負(fù)荷電阻15Ω)，當(dāng)t=0.03時(shí)負(fù)荷突增(負(fù)荷電阻從15Ω突減至Ω5)下、單周控制的單相AC/AC轉(zhuǎn)換并聯(lián)式電路中各電氣量變化的仿真結(jié)果。圖8（a）為電源電壓U1，電流I1和負(fù)荷電壓U2的波形。可看出U1的幅值為311V，這里負(fù)荷電壓U2的幅值約調(diào)整至180V，由于濾波參數(shù)不理想，負(fù)載電壓存在一些與開關(guān)頻率有關(guān)的諧波。電源電流I1基本正弦。在t=0.03時(shí)負(fù)荷突增，U2有明顯的下降。圖8（b）是負(fù)荷電壓U2和電流I2的波形，基本正弦，在t=0.03”時(shí)負(fù)荷電流突增導(dǎo)致U2下降。圖8(c)、圖8(d)分別是開關(guān)管T1、T3的集電極―發(fā)射極間電壓Uce，和流過開關(guān)管的電流iT。

可看出在正弦電壓正半波時(shí)，開關(guān)管T1和T3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下導(dǎo)通，均有電流iT流過，兩者在開關(guān)周期Ts內(nèi)是互補(bǔ)的，而加在T1管上的Uce電壓是正向脈沖型，因T1導(dǎo)通時(shí)只存在可忽略的導(dǎo)通電壓降。注意這時(shí)加于T3的Uce電壓是脈沖型的，但對(duì)T3講，卻是反向的。為清楚起見，圖8(c)的右下角放大了Uce和iT的關(guān)系，表明iT有值瞬刻Uce為零值。

在正弦電壓負(fù)半波時(shí)T2、T4導(dǎo)通，這時(shí)T1、T2無驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ube=0，不導(dǎo)通，但加在它們上的Uce仍存在，只是方向相反。

開關(guān)管T2，T4上的Uce， iT波形類似，不再重復(fù)。

圖8(e)上部為電源電壓U1，和濾波電感L上的電壓UL，可看出這里UL小于U1，在允許范圍內(nèi)。圖8(e)下部為用于采樣的T1，T3聯(lián)結(jié)點(diǎn)的電壓U0。圖8(f)是單周控制單元OCC的積分器輸出電壓Uint的波形，以及用于控制輸出電壓波形的由參考值Ref和全波整流波形產(chǎn)生的，比較器另一個(gè)輸入，即給定參考電壓Uref的波形。

6 結(jié)論

⑴利用全控型開關(guān)元件IGBT實(shí)現(xiàn)單相電壓AC/AC轉(zhuǎn)換器變壓(這里是降壓)是可能的，并聯(lián)型電路的主電路只需要二只帶雙IGBT的模塊，及濾波用電感和電容，控制電路也較簡(jiǎn)單。

負(fù)荷電壓基本正弦，但帶有與開關(guān)頻率fs(顯然fs愈高諧波愈小)有關(guān)的諧波，這里對(duì)正確選擇濾波器參數(shù)要求很高。負(fù)荷電壓大小與參考信號(hào)基本上是線性關(guān)系，范圍應(yīng)在（10-90）%內(nèi)，以避免斬波控制中占空比d太靠近1或0引起的混亂。

⑵并聯(lián)型和串聯(lián)型AC/AC轉(zhuǎn)換所得結(jié)果基本相同，串聯(lián)型的T1至T4開關(guān)管必需帶反向二極管，T1至T4在不工作的半波，集電極、發(fā)射極間無反向電壓。并聯(lián)型的T1至T4無須反向二極管，但在不工作的半波，集電極、發(fā)射極間承受反向電壓。