一种新型矩阵式AC/AC变换电路的研究

介绍了一种新型的三相输入、单相输出全桥拓扑结构的AC/AC变换电路 ,对主电路的工作原理和三角波脉宽调制 (DPWM)控制策略进行了详细分析 。

电流源高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了基于反激Flyback变换器的电流源高频交流环节AC/AC变换器电路结构与拓扑族。该电路结构由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出周波变换器构成,能够将一种不稳定畸变的交流电变换成同频率稳定的正弦交流电压;该电路拓扑族包括单四象限功率开关式、推挽式、半桥式、全桥式等四种电路。以单四象限功率开关式电路拓扑为例,分析研究了这类变换器工作模式、稳态原理与电压瞬时值反馈控制策略,给出了变换器的外特性曲线、关键电路参数设计准则。原理试验结果证实了这类变换器新概念的正确性与先进性。

双极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了一类双极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器,以半桥全波式电路拓扑为例,深入研究了这类变换器的稳态工作原理,获得了变换器功率器件实现软开关的设计准则。借助输出周波变换器换流重叠、输入电网电压极性选择和输出滤波电感电流极性选择,实现了变压 器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流,解决了周波变换器固有的电压过冲和环流问题,实现了输入周波变换器功率器件的ZVS开关和输出周波变换器功率器件的ZCS开关,为获得新型正弦交流稳压器和电子变压器奠定了关键技术基础。仿真与原理试验结果均证实了这类变换器的正确性与先进性。

单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究

该文首次提出并深入研究了基于正激Forward变换器 的单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器。这类变换器由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器、以及输入、输出滤波器构成。输入周波变换器将输入不稳定劣质的交流电压调制成双极性三态的高频交流电压,输出周波变换器将此高频交流电压解调成单极性三态SPWM波,经输出滤波后得到稳定优质的正弦交流电压。通过输入周波变换器右桥臂相对左桥臂的移相,让输出周波变换器功率开关在输入周波变换器输出的高频交流电压为零期间进行换流,并借助输出周波变换器换流重叠和输入电压极性选择,从而实现了变压器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流、输出周波变换器的ZVS开关。详细分析了这类交换器在1个高频开关周期内的12个工作模式及其等效电路,获得了变换器外特性曲线与关键电路参数设计准则。原理试验结果证实了这类交换器新概念,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器奠定了基础。

基于Buck-Boost的AC/AC变换器设计

利用Buck-Boost电路输出电压理论上可以在零到无穷大之间变化的特点,将Buck-Boost斩波电路应用于交流电压变换,提出了一种变比可以连续变化的固态变压器。与传统的自耦调压器相比,基于Buck-Boost变换器的固态变压器具有输出电压范围宽、体积小的特点,并且由于采用了电压反馈控制,使得其输出电压不受负载变化的影响,外特性较硬。针对四象限开关存在的换流问题,提出了该变换器的换流策略,在理论分析的基础上,设计制作了一台AC/AC调压器,实验结果验证了该变换器的可行性。

级联式Buck-Boost AC/AC变换器

详细分析了Buck型和Boost型AC/AC变换器的工作原理及其控制方法,在此基础上提出了一种新型级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其三模式控制策略。三模式控制策略是比较输入电压与基准输出电压的大小,使得变换器只有3种工作模式:Buck模式、Boost模式和滤波模式。该电路虽然由Buck型和Boost型AC/AC变换器2级变换器级联而成,并采用2级占空比调制,但实际上最多只存在一级功率变换,具有控制简单、变换效率高、开关管电压应力低等优点。仿真结果证明了级联式Buck-BoostAC/AC变换器及其控制策略的可行性和理论分析的正确性。

基于双管反激变换器的全桥式高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了以双管反激变换器为基础的全桥式高频交流环节AC/AC变换器拓扑。该拓扑由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，能够将不稳定劣质的交流电变换成同频率稳定的优质正弦交流电压。分析研究了这种变换器的工作模式、稳态原理特性与电压瞬时值反馈控制策略，给出了变换器的外特性曲线以及变换器内阻对外特性的影响、关键电路参数设计准则。理论分析与原理试验表明，这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC/HFAC／LFAC)、双向功率流、网侧功率因数较高、负载适应能力强、音频噪音小、负载短路时可靠性高、适合于高压输入小功率变换场合等特点。

电压源高频交流环节AC/AC变换器原理研究

首次提出了电压源高频交流环节AC/AC变换器电路拓扑族 ,这类电路拓扑由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器构成。分析研究了这类变换器稳态原理与移相控制策略 ,绘出了变换器的外特性曲线。这类变换器具有电路拓扑简洁、两级功率变换 (LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、高频电气隔离、网侧电流波形可得到改善、负载适应能力强等优点。PSPICE仿真波形充分证实了这类变换器的正确性和先进性。

全桥升压型高频环节AC/AC变换器

首次提出了全桥升压型高频环节AC/AC变换器电路拓扑,它是由储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成。深入分析研究了这种变换器的稳态原理与移相控制策略,获得了输出电压、储能电感电流、高频变压器匝比、储能电感、输出滤波电容等关键电路参数的设计准则。理论分析结果表明,这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC-HFAC-LFAC)、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点,为优良性能的正弦交流稳压器、调压器、电力电子变压器和同频波形变换器奠定了关键技术基础。原理实验结果证实了这种变换器的可行性。

基于直接AC/AC变换的动态电压恢复器研究

应用电压源逆变方案的传统动态电压恢复器,需要使用大容量电解电容进行储能,体积与重量大,成本高。为了避免使用直流储能环节,提出一种基于直接AC/AC变换的动态电压恢复器,其变压器一次侧通过固态继电器投切组与AC/AC变换器输出端相连,其二次侧与负载串联。当电网电压发生波动时,由AC/AC变换器产生补偿电压,通过切换固态继电器组改变隔离变压器输出极性,保持负载电压稳定。该方案不需使用大容量电解电容等储能元件,易于维护,换流过程简单,动态响应速度快,能够有效补偿电网电压波动。在理论分析基础上,设计了基于瞬时电压的复合控制策略,实验结果验证了所提方案的有效性。

一种单级全桥高频谐振AC/AC变换器

单级高频谐振AC/AC变换器将工频交流输入电压变换为高频(一般大于100k Hz)交流输出电压,主要由功率因数校正、高频谐振逆变两个变换单元构成,可用于一种模块化多路输出LED驱动电源。该文提出了一种单级全桥高频谐振AC/AC变换器,对该变换器进行了拓扑推演,阐述了变换器的工作原理,对其性能进行了详细分析并根据性能要求确定了相关预设参数,再根据已知和预设参数,完成了主电路参数的定量设计,最后根据确定的参数搭建了一台额定输出功率为200W的实验样机并进行了相关实验验证,实验结果表明输入功率因数可达0.93,直流母线电容电压最高为440V,输出电压总谐波畸变率(totalharmonicsdistortion,THD)小于5%,满足实际应用要求。

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。

基于直接式AC/AC变换的单相混合式配电变压器及其松弛二端口网络建模

针对配电网中的电压波动问题,提出了一种由传统工频变压器与电力电子变换器组合而成的混合式配电变压器(hybrid distribution transformer,HDT)。首先,在不同HDT拓扑分析的基础上,选取了具有一定结构优势的双极性直接式AC/AC变换器(bipolardirectAC/ACconverter,BD-AC)作为HDT的电力电子组成部分;其次,对HDT的拓扑结构与运行原理进行了分析并提出了相应的控制策略;再次,基于状态空间平均法构建了HDT的状态空间平均模型,并以松弛二端口网络理论为依托,对HDT的系统特性进行了理论分析;最后,通过搭建仿真系统验证了理论分析的合理性与有效性。

Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器

提出了Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器电路拓扑,该变换器适用于高压场合,具有开关管的电压应力低、单级功率变换、变换效率高、三电平波形、实现升降压输出、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平的1/2,大大降低了在高压场合对开关管的电压应力要求。同时,研究了适用于该变换器的电压瞬时值反馈控制策略,该策略能够快速响应输入及输出电压的变化;并根据输出电压、电流的极性,分析了该变换器负载时的四种工作模式;以及该三电平变换器在CCM和DCM模式下的输入输出特性和外特性。实验结果充分证实了该变换器的正确性和先进性。

Z源AC/AC变换器的谐波消除PWM技术

为保证敏感负载的高品质电能供应,提出一种应用于Z源AC/AC变换器的谐波抑制PWM技术。基于变换器的工作原理,分析和推导谐波抑制调制函数的解析式,给出控制方案。通过开环方式,对变换器的输出开关占空比进行实时调节。与已有的恒定占空比控制相比,实现对交流输入电压中各次谐波的有效抑制,并且不要求分别计算各谐波分量,简化了控制策略,同时显著降低了系统对控制器带宽的要求。仿真表明该调制技术能有效抑制交流系统侧谐波电压。

一种单级高频AC/AC变换器的分析与设计

单级高频AC/AC变换器将工频交流输入电压变换为高频(一般大于100 k Hz)交流输出电压,主要由功率因数校正、高频谐振逆变两个功能单元构成。结合单级高频AC/AC变换器的性能分析结果,提出一种参数定量设计方法。首先分析设计的已知参数,再根据单级高频AC/AC变换器的性能要求,确定相关预设参数。然后根据上述已知及预设参数,对功率因数校正单元和高频谐振逆变单元进行详细的参数设计,还根据储能电容电压纹波大小的要求,确定储能电容的大小。最后给出具体设计实例,并进行实验验证,实验结果验证了该设计方法的正确性。由于单级高频AC/AC变换器的拓扑推导思路来源于单级功率因数校正器,该设计方法对单级功率因数校正器的设计具有借鉴意义。

适用于电压幅值双极性调控的直接式AC/AC变换器拓扑结构

针对电网中不确定性事件所带来的电压幅值波动问题,提出了一种适用于电压幅值双极性调控的直接式AC/AC变换器拓扑结构。该拓扑是由2个无差分脉冲宽度调制(PWM)型交流斩波桥臂构成的H桥结构,具有输入/输出"共地"、双自由度、双极性调控与无换流问题等特点。详细分析了变换器的拓扑构成、PWM原理,通过正/反极性场景的分析揭示了其工作模式;在参数设计的基础上,研制了变换器原理样机并搭建了动态电压恢复器系统。不同工况下的实验结果表明,所提出的直接式AC/AC变换器能够有效抑制电压幅值波动。

两种移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器比较研究

新颖的全桥式高频环节AC/AC变换器,由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成,包括全桥全波式和全桥桥式拓扑。对双极性、单极性移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器的控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则和原理试验等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。相对于双极性移相控制AC/AC变换器,单极性移相控制AC/AC变换器获得了更优的综合性能。移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器,为实现新型的、中大容量的正弦交流稳压器、电子变压器和交流调压器奠定了关键技术基础。

两种高频交流环节AC/AC变换器比较研究

新颖的高频交流环节AC/AC变换器,包括基于Forward变换器的电压源型和基于Flyback变换器的电流源型两种。首次对两种高频交流环节AC/AC变换器的电路结构与拓扑、控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则、原理样机等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。相对于电压源型,电流源型变换器具有电路拓扑更简洁、输入电压范围更宽、输出波形质量更高、可靠性更高、成本更低、变换效率略低和适用于小功率变换场合等特点。两种高频交流环节AC/AC变换器的比较研究,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了关键的技术依据。

基于两电平差分式直接AC/AC变换的斩波可控阻抗器

为提高传统晶闸管控制阻抗型补偿器的响应速度,解决脉宽调制(pulse width modulation,PWM)斩波可控阻抗器(chopper controlled impedance,CCI)所存在的换流问题,提出一种基于两电平差分式直接AC/AC变换的串/并联型CCI拓扑结构,它由斩波可控电容器和电抗器构成。文中以串联型斩波可控阻抗器(series-type CCI,S-CCI)为例详细分析其拓扑结构和工作模态,通过采用PWM调制策略,实现S-CCI基频等效阻抗从感性模式到容性模式的连续变化,并建立S-CCI的数学模型,推导其基频等效阻抗和调制比之间的关系式。最后,搭建Matlab仿真电路和700W的实验样机,验证理论分析的正确性。