高頻斬波穩(wěn)壓器介紹
斬波穩(wěn)壓器（穩(wěn)壓電源）是目前最適合進口設(shè)備和高精端設(shè)備、科研院所、國防、 工業(yè)設(shè)備及大型計算機站等場合，如今大量應(yīng)用大功率交流穩(wěn)壓電源。在各種交流穩(wěn)壓設(shè)備中，多采用電壓補償原理來穩(wěn)定輸出電壓，如：大功率接觸補償型交流穩(wěn)壓電源，無觸點感應(yīng)補償型及開關(guān)補償型交流穩(wěn)壓電源等。在這些設(shè)備中，補償電路多在基頻（50Hz）下工作，所以設(shè)備體積重量大，轉(zhuǎn)換效率低，限制了它們在大功率場合下的應(yīng)用。
文獻[1][2]等提出了一些高頻補償式電路，但由于使用的元器件較多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，難以在實用中得到推廣和實用。
文獻[3]提出了一種三相高頻PWMAC鏈調(diào)節(jié)器。由于該電路使用開關(guān)器件少，控制簡單，補償電路電感性元件為高頻元件，數(shù)目少，是一種極有開發(fā)應(yīng)用價值的變換電路。本文主要介紹該電路的工作原理，主要參數(shù)設(shè)計和仿真波形及實驗結(jié)果。
2 電路結(jié)構(gòu)及工作原理
此三相高頻斬波交流調(diào)壓主電路如圖1所示。為便于分析，暫不考慮變壓器。
圖1 三相高頻斬波交流調(diào)壓主電路圖
開關(guān)S1，S2，S3用于交流斬波，開關(guān)S4用來在開關(guān)S1，S2，S3關(guān)斷時為負載續(xù)流。S1，S2，S3和S4互補導(dǎo)通。C1，C2，C3為各相旁路電容，用CP表示，R1，R2，R3為各相旁路電阻，用RP表示。L1，L2，L3為濾波電感，R4，R5，R6為負載。
為了防止S1，S2，S3和S4同時導(dǎo)通，在它們互補導(dǎo)通轉(zhuǎn)換時設(shè)置了死區(qū)。在死區(qū)時段由電容CP為負載電流提供旁路，電阻RP在死區(qū)過后供電容CP放電。變壓器用于給負載提供合適的電壓并隔離負載和主電路。
此電路正常工作時，有以下幾個工作模式：
2.1 供能模式
工作在此模式，開關(guān)S1，S2，S3導(dǎo)通，S4關(guān)斷，輸入電壓加在負載上。如圖2所示，假設(shè)電流方向如圖所示。
圖2 供能模式
2.2 旁路模式
工作在此模式，開關(guān)S1，S2，S3，S4都關(guān)斷。負載電流通過旁路電容CP和三相整流橋中的二極管以及開關(guān)管的并聯(lián)二極管保持連續(xù)。如圖3所示。在此期間會有一部分能量存儲在旁路電容CP中，此能量在死區(qū)結(jié)束后通過電阻RP泄放。
圖3 旁路模式
2.3 續(xù)流模式
工作在此模式，開關(guān)S1，S2，S3關(guān)斷，S4導(dǎo)通，L1，L2，L3釋放能量使負載電流通過S4保持連續(xù)。如圖4所示。
圖4 續(xù)流模式
3 主要參數(shù)設(shè)計
供電通路主要工作在雙向Buck狀態(tài)，故圖1中a（或b、c）點電壓通過傅立葉級數(shù)分解可得ua=DV1＋
Va′ncos[(nωs±ωi)t](1)
式中：ωi為輸入電壓角頻率；ωs為開關(guān)角頻率；Va′n為輸出諧波幅值；D為占空比。
其諧波分布在(nωs±ωi)，只要開關(guān)頻率足夠高，濾波電感L可以很小，因此，功率電路的設(shè)計主要是旁路電容及電阻的設(shè)計。
由前所述，旁路電容的作用主要是在“死區(qū)”期間，連續(xù)負載電流波形。其等效電路如圖5(a)所示（以a相電路供電為例）。
由于電容作用時間很短（2μs～3μs），可以將電源電壓與負載電流看作恒定值，其等效模型如圖5(b)所示。
圖5 死區(qū)等效電路
(a)等效電路(b)等效模型
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