升压 DCDC变换器 正弦波逆变器

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1、摘要：介绍了采用BoostPWMDC/DC变换器的正弦波逆变器的工作原理与控制方式，这是一种新型的正弦 波逆变器。关键词：升压；DC/DC变换器；正弦波逆变器1 引言传统的电压型逆变器只能降压，不能升压。要升压就必须采用升压变压器，或在直流电源与逆变器 之间串入Boost DC/DC变换器。这对于应用于UPS及通信振铃电源的低频逆变器来说，将会使电源的体 积重量大大增加。而采用新型的 BoostPWMDC/DC 变换器组成的逆变器，将会很简单地实现升压逆变。如 果在一个周期内不断地按着正弦规律改变载波周期内的占空比D,就可以输出电压成为正弦波。2 Boost 变换器的升压特性BoostPWMD

2、C/DC 变换器具有优越的无级升压变压功能，因此，可以把它直接应用于需要升压变压的 高开关频率PWM电压型逆变器中。Boost变换器电路如图1 (a)所示。假定开关S的开关周期为T,开通时间为t =DT，关断时间为ont =(1 D)T,而D=t /T=01为开通占空比，(1D)=t /T为关断占空比oBoost变换器有两个工作过程。 offonon1)储能过程在S开通期间t为电感L的储能过程，其等效电路如图1 (b)所示。S开通，输入电 on路被S短路，输入电流i使电感L储能，加在L上的电压为电源电压U，电压方向与电流方向相同。由1S电磁感应定律得在 t 期间， L 中的电流增量为onAI

3、Z1on2)放能过程在S关断期间t ，为电感L的放能过程，其等效电路如图1 (c)所示。S关断，D导通,off电源与输出电路接通，电感L放能，加在L的电压为输出电压U与电源电压US之差(U U )，电压方oo S向与电流i的方向相反。由电磁感应定律得2在t期间，L中的电流减小量为off电路稳定后， I = I |1on 2off所以必DT=兀(1D)T； U = (lD)USo1)Boost变换器的工作波形如图1 (d)所示，可以看出：输入电流i是连续的，输出电流i是断续的。12i连续是因为输入电路有L的存在。1作出M=f(D)的关系曲线如图1 (e)所示。由于D=01,所以匸万说明Boost

4、变换器只能升压，不能降压。1MIJ 0时，控制量U为高电平，代表U为U最大；当a .2(8)式中：S动态开关函数是逆变器的输入控制量；u，u为逆变器a点和b点的电压；abi，i为流过电感L和L的电流。1 2 1 2函数控制Boost逆变器框图如图8所示。图中X是逆变器的中间输出量，也是控制电路的中间输入 变量。函数控制逆变器的特点是系统绝对稳定，响应速度快，无过冲与超调，能完全抑制电源电压Us及负载阻抗大，小信号扰动的影响，输出电压u与Boost逆变器参数无关，能适应各种性质的负载，但L实现比较困难。图 8 Boost 逆变器的函数控制系统框图4.4 离散控制法离散控制法通过选择适当的反馈变量

5、的离散采样值，诸如输出电压u的离散采样值u (nT)；电感LL电流离散采样值i (nT)和i (nT)；输出电流离散采样值i (nT)；预估控制约束条件为UU=kU12L(n 1)T r(nT)-U（式中nT表示离散时间，T为开关周期）。人为地构造出控制律，以便抑制输入及负载扰动对输 r出电压的影响，获得比较理想的输出特性。离散控制法Boost逆变器主电路的离散分析相当复杂，离散量控制律的实现也十分麻烦，预估值需 按经验确定，故在应用中有一定限制。4.5 电压跟踪控制法Boost逆变器采用电压跟踪的原理电路如图9所示。控制电路利用滞环比较的方式，使Boost逆变 器的输出电压，快速不停地跟踪一

6、个基准正弦波电压，即利用逆变器的左臂跟踪正半周电压，右臂跟踪 负半周电压，两臂轮流跟踪就能够得到一个完整的正弦波电压。G:Vfl I: A同W h反相my伽画I:较址旷4H2密删；图 9 Boost 逆变器采用电压跟踪控制的原理电路框图基准正弦波电压，是由控制电路中的基准正弦波发生器产生的，为了控制左右臂变换器轮流跟踪， 还需要一个与基准正弦波电压同相位的方波电压，用此方波电压的正负半周来切换左右两臂变换器的跟 踪。逆变器各臂的功率输出，首先是利用Boost高速开关把直流电能变换成电感能，然后再把电感能转 移到滤波储能电容C （或C ）和负载上。12电感能向电容 C （或 C ）和负载的转移如

7、式（9）12式中：i为流过L （或L ）的电流；L12U为C （或C ）上的电压；C 12P 为负载消耗的功率瞬时值； t为转移周期。在时间 t如果引起电感电流的变化为 i,电容电压U的变化为 U,则式（9）可以改写成LCLA i 2=CA 山+PA tL10）能量转移与跟踪过程如图10所示。图中tt为电感储能时间，tt为已跟踪到基准正弦波电压1 2 2 3的时间，tt为电感惯性移能到i=0的时间，tt为能量消耗与回收时间；tt为电感重新储能时3 4L4556间。tt期间电压下降速度决定tt期间电感储存的能量。假设因某种原因使输出电压在tt，4 5 5 6 6 7期间未跟踪上基准正弦波电压，则

8、t t期间紧接电感储能，力图在tt期间跟踪上基准正弦波电7889压。在正弦波的上升沿，因滤波储能电容需要充电，故移能频率高，在正弦波下降沿因电容需要放电， 故移能频率低。跟踪精度与图10中滞环宽度 U有关， U小跟踪精度高，跟踪频率亦高，效率减小； U 大跟踪精度低，跟踪频率亦低，但效率高。图 10 能量转移与跟踪过程示意图5 应用实例一台已被实际应用的，采用电压跟踪控制法的Boost逆变器电路如图11所示。容量为300VA，输入 直流电压U =24V，输出交流电压U =220V，频率为50Hz。开关器件SS采用的是10A/400V功率M0SFET。SL14JLCg1=1lteirdmsf J u:SHrJ- 5 f