基于单相Boot型 AC/AC交流变换器的分析与实现

(2) uin > 0, iLf < 0

在[t1～t2]时段内，uin >0, iLf <0，此时开关管S1b、S2b恒通，S1a、S2a高频互补开通，正向Boost型DC/DC直流变换器工作，其两种开关模态如图4所示。

当开关管S1a开通、S2a关断时，电感电流iLf经电感Lf、输入电源uin、交流开关管S1流通，如图4(a)所示；当开关管S1a断开，S2a开通时，电感电流iLf经电感Lf、输入电源uin、电容Cf和负载、交流开关管S2流通，如图4(b)所示。

(3) uin < 0, iLf < 0

在[t2～t3]时段内，uin <0, iLf <0，此时开关管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高频互补开通，反向Boost型DC/DC直流变换器工作，如图5所示。

当开关管S1b导通，S2b断开时，电感电流iLf经电感Lf、输入电源uin、交流开关管S1流通，如图5(a)所示；当开关管S1b断开，S2b开通时，电感电流iLf经电感Lf、输入电源uin、电容Cf和负载、交流开关管S2流通，如图5(b)所示。

(4) uin< 0, iLf > 0

在[t3～t4]时段内，uin<0, iLf >0，此时开关管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高频互补开通，反向Boost型DC/DC直流变换器工作，如图6所示。[!--empirenews.page--]

当开关管S1b导通，S2b断开时，电感电流iLf经电感Lf、交流开关管S1、输入电源uin流通，如图6(a)所示；当开关管S1b断开，S2b开通时，电感电流iLf经电感Lf、交流开关管S2、电容Cf和负载、输入电源uin流通，如图6(b)所示。

3 控制策略

通过对单相Boost型AC/AC交流变换器的工作原理的分析可知，无论电感电流方向如何，开关管的工作模态只与输入电压的极性有关。当uin > 0时，开关管S1b、S2b恒通，S1a、S2a高频互补开通, 正向Boost型DC/DC直流变换器工作；当uin < 0时，开关管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高频互补开通，反向Boost型DC/DC直流变换器工作。由此可得单相Boost型AC/AC交流变换器的控制框图，如图7所示。

输入电压经采样后，由过零比较器得到输入电压uin的极性信号SP1，SP1反相得到信号SN1; 输出电压uo的反馈采样信号uo_f与基准输出电压uo_ref比较，经PI调节后得到电压误差信号ue，ue与三角波进行比较，得到高频PWM控制信号SP2，SP2反相后得到控制信号SN2; SP1、SN1分别与SP2、SN2进行逻辑或调制，得到开关管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信号K1a、K1b、K2a、K2b。

4 仿真与实验

为了验证Boost型 AC/AC交流变换器理论分析的正确性和控制策略的可行性，对该变换器进行了仿真与实验研究。

4.1仿真波形

仿真参数如下：输入电压的有效值Uin=110 V，基准输出电压的有效值Uo_ref =220 V，开关管采用理想器件；输入电压频率为50 Hz；开关频率为50 kHz；电感Lf =500 μH，电容Cf =10 μF。

开关管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信号K1a、K1b、K2a、K2b的仿真波形如图8(a)所示；图8(b)中是交流开关管S1两端电压uS1、输入电压uin和输出电压uo的仿真波形，其中uo和uin相位相同，交流开关管S1两端的电压uS1是以输出电压uo为包络线的高频脉冲序列。