电流型控制三电平交流变换器研究(6)
图2.3 基于电压电流瞬时值反馈控制的电路原理框图
图2.4 功率开关控制原理波形
2.4三电平AC/AC直接变换器的稳态分析
根据如图3.2所示的高频隔离式三电平AC/AC直接变换器的电路拓扑，对其进行稳态分析。为便于研究，选择了半桥全波式三电平AC/AC直接变换器进行分析，如图3.5所示， S1、S2、S5、S6、S7、S8均为四象限功率开关单元，S3、S4为四象限箝位功率开关，Li为输入滤波电感，Lf为输出滤波电感，Cf为输出滤波电容。N1、N2分别为高频变压器的一次绕组和二次绕组。
2.4.1 变换器的等效电路与稳态原理
为简化分析，忽略变换器功率器件驱动信号间的死区和换流重叠时间。变换器稳态工作时，在一个开关周期Ts内可以分为4个开关状态，其等效电路如图3.6(a)~(b)所示。若输入电压ui在输入滤波电感L上的压降忽略不计，则各开关状态可分别用如下所示等效电路表示。
（a）功率管S1、S5、S7导通 （b）功率管S3、S6、S7、S8导通
（c）功率管S2、S6、S8导通 （d）功率管S4、S6、S7、S8导通
图2.5变换器的等效电路图
（e） 状态时 (f) 0状态时
图2.6电路等效电路
（a）功率管S1、S5、S7导通
（b）功率管S3、S6、S7、S8导通
（c）功率管S2、S6、S8导通
（d）功率管S4、S6、S7、S8导通
图2.7开关瞬时状态
在一个开关周期内，其小信号等效电路如图3.6（e）~（f）所示，其中r为包括变压器绕组等效电阻、功率开关通态电阻、滤波电感寄生电阻在内的等效电阻。
设定高频开关工作频率Fs远大于输出滤波器的截止频率和输入、输出电压的频率，因此，在一个开关周期Ts内可以输入电压Ui和输出电压Uo均看成恒定量，利用状态空间平均法建立Uo与Ui的关系式[26-28]。
图2.6（e）所示等效电路的状态方程为
图3.6（f）所示等效电路的状态方程为
可以得到状态变量在任何一个开关周期内的稳态值为：
(2.7)
经过上述推导和分析说明，可以发现，高频隔离半桥式三电平AC/AC变换器的输出低频正弦交流电压的瞬时值低于输入电源电压的瞬时值与高频变压器匝比N2/N1的乘积。
2.4.3 外特性
在恒定占空比下，由式（3.7）可知，理想情形（r=0）、CCM时变换器的外特性为
(2.8)
滤波电感电流临界连续和DCM时一个开关周期内的原理波形，如图3.7所示：
(a) 临界CCM (b) DCM
图3.8 滤波电感电流临界CCM和DCM时一个开关周期内的波形
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