一种新型直接AC_AC数字变换器.pdfVIP

中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会 一种新型直接AC/AC 数字变换器 陈梓翰 张代润 四川大学电气信息学院，四川成都 610065 摘 要 在Buck-Boost 直流变换器的基础上提出了一种结构新颖的直接AC/AC 变换器并阐述了其工作原理。该变换器 结构简单，成本低廉，可替代传统的自耦变压器，并具有体积小、输出电压范围宽等特点。用凌阳单片机 SPMC75F2313A 作控制器研制了一台单相直接AC/AC 变换器原理样机，采取电压反馈控制实现了稳定的输出电压。实验结果证实了该变换 器及其控制方法的可行性和有效性。 关键词 直接AC/AC 变换器，Boost-Buck 拓扑，单片机 1．引言 传统的AC/AC 变换器采用电磁变压技术，但是传 统工频变压器体积大，音频噪声大且没有稳压功能。 随着功率半导体技术的发展，功率半导体器件广泛应 用于AC/AC 变换器，主要有AC/DC/AC 变换器、矩 [1] 阵变换器、高频链AC/AC 变换器 和基于DC/DC 拓 扑的直接AC/AC 变换器。AC/DC/AC 变换器变换级数 太多，仅能实现降压调节而且整流滤波环节对电网污 染严重；矩阵变换器可实现高输入功率因数，但由于 图1 变换器拓扑与工作原理图 其开关数量多导致成本增高，同时它的控制策略也很 复杂；高频交流环节AC/AC 变换器也存在着成本高， 控制复杂等问题。 [2] 国外有文献 提出了一种简单的 AC/AC 拓扑结 构，这种结构采用双向开关代替单向开关，而实现了 交流交流直接变换，并且它的开关数量少，结构简单。 本文在Buck-Boost 直流变换器拓扑基础上参考文献[2] 提出了一种结构新颖简单的AC/AC 变换器，可实现四 图2 开关管驱动信号 象限变换，控制简便且能得到波形优良稳定的正弦输 在t0 到t1 这段时间里，S2 和S4 常开，电感上的 出电压，本文采用数字控制方法使变换器在一定的输 电流I L 可能大于零也可能小于零。当I L ＞0，S1 开通 入电压范围内都能输出稳定的正弦电压，其结构简单， 时，电流经S1 和S2 的反并联二极管流通，电感L 成本低廉，控制简便，有着广阔地发展前景。 能，如图3(a)所示；S1 关闭时，电流经S4 和S3 的反 并联二极管向负载释放能量，如图3(b)所示；当I L ＜0， 2 ．拓扑结构与基本工作原理 S3 关闭时，电流经S2 和S1 的反并联二极管向电源回 图1 为该变换器的拓扑结构与工作原理图，S1、 馈能量，如图3(c)所示；S3 开通时，电流经S3 和S4 S2、S3、S4 表示四个IGBT，其中S1、S3 与S2、S4 的反并联二极管向负载释放能量，如图 3(d)所示。t1 可分别用一个串联的IGBT 模块来组成。图1 所示结 到t2 时段电路的工作过程可类似分析得到。 构类似将Buck-Boost 电路进行镜像增加一个桥臂，同 当电路工作在占空比D 大于0.5 的情况下，该电 时将 Buck-Boost 中的二极管用带有反并联二极管的 路可实现升压功能，而当占空比小于 0.5 时，电路可 IGBT 替代，这种结构实现的难点在于当交流电压过零 以实现降压功能。如果加上反馈，控制占空