Buck型 AC/AC交流变换器的设计与实现

图5 uin 0, iLf > 0时的开关模态：

(a) S1b开通、S2b关断；

(b) S1b关断，S2b开通

3 控制策略

Buck型AC/AC交流变换器的控制框图如图6所示。

输出电压经反馈采样后，与基准输出电压信号uo_ref进行比较，经PI调节后得到输出电压误差放大信号ue，再与三角波进行比较，得到高频PWM控制信号SP2，SP2反相后得到控制信号SN2；输入电压经采样后，经过零比较器产生低频的输入电压极性信号SP1，SP1反相后得到信号SN1；SP2、SN2分别与SP1、SN1 进行逻辑或调制，产生开关管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信号K1a、K1b、K2a、K2b。

4仿真与实验

为了验证Buck型AC/AC交流变换器理论分析的正确性和控制策略的可行性，对该变换器进行了仿真与实验研究。

4.1仿真波形

仿真参数如下：输入电压幅值额定输出电压幅值为负载为48.4 W的电阻(输出功率为250 W)，开关采用理想器件；输入电压频率f=50 Hz；开关频率为50kHz；电感Lf =500μH，电容Cf =4.4μF。

开关管S1a、S1b、S2a、S2b的控制信号K1a、K1b、K2a、K2b的仿真波形如图7(a)所示。当输入电压大于零时，开关管S1b、S2b恒通，S1a、S2a高频互补开通；当输入电压小于零时，开关管S1a、S2a恒通，S1b、S2b高频互补开通。图7(b)为输入电压uin、输出电压uo和交流开关管S2的两端（即S2a、S2b两管D（漏极）-D（漏极）之间的）电压波形uS2。

图7 Buck型AC/AC交流变换器的仿真波形：

(a) 控制信号K1a、K1b、K2a、K2b ；

(b) 电压uin、uo及uS2

4.2实验波形

根据上述分析，本文设计了一台原理样机。样机参数设置如下：输入电压有效值Uin =220V, 额定输出电压有效值Uo =110V。开关管采用IRFP460A；输入电压频率为50Hz；开关频率为45kHz；电感Lf=500μH；电容Cf=4.4μF。其实验波形如图8所示。其中图8(a)为输入电压uin和输出电压uo的实验波形，uo和uin的相位相同；图8(b)为输入电压uin和交流开关管S2的两端电压波形uS2，uS2是以uin为包络线的高频脉冲序列。