电压源高频交流环节AC AC变换器原理研究
(a)全桥全波式电路拓扑
(b)S1(S1′)、S3导通,S2(S2′)、S4截止(c)S2(S2′)、S3导通,S1(S1′)、S4截止
(d)S2(S2′)、S4导通,S1(S1′)、S3截止(e)S1(S1′)、S4导通,S2(S2′)、S3截止
阻、功率开关通态电阻、滤波电感寄生电阻等在内的等效电阻。
由于开关频率fs远大于输出LC滤波器的截止频率和输入、输出正弦交流电压的频率,因此,在一个开关周期Ts内输入电压ui和输出电压uo均可看成恒定量,可用状态空间平均法建立输出电压与输入电压之间的关系式。
图4(a)所示等效电路的状态方程为Lf=-riLf+ui-uo(2.a)Cf=iLf-(2.b)
图4(b)所示等效电路的状态方程为Lf=-riLf-ui-uo(3.a)Cf=iLf-(3.b)式(2)乘以D加式(3)乘以(1-D),令=0,=0,可得状态变量在任何一个开关周期内的稳态值为ILf=(4.a)Uo=(4.b)
(a)S1(S1′)、S3或S2(S2′)、S4导通时
(b)S2(S2′)、S3或S1(S1′)、S4导通时
变换器CCM模式时两种等效电路
(b)DCM模式
(a)临界CCM模式
图5滤波电感电流临界CCM和DCM
模式时一个开关周期内的波形
3.2稳态时变换器外特性
3.2.1理想情形(r=0)
由式(4.b)可知,理想情形且CCM模式时变换器的外特性为Uo=(5)
滤波电感电流临界连续和DCM模式时一个开关周期内的原理波形,如图5所示。
由图5(a)可知,t2-t1=DTs/2。t=t1~t2时,有uiN2/N1-uo=Lf=Lf=Lf(6)
电感电流临界连续时的负载电流为IG=Iomin=iLf(t2),由式(5)、(6)得IG=D(1-D)(7)
由式(7)可知,当D=1/2时,IG达到最大值,即IGmax=(8)
由式(7)、(8)可知,理想情形且滤波电感电流临界连续时变换器的外特性为
IG=4IGmaxD(1-D)(9)
由图5(b)可知,t3t1+Ts/2,t2-t1=DTs/2。t=t1~t2时,由图4(a)所示等效电路可知(r=0)uiN2/N1-uo=Lf=Lf=Lf(10)
t=t2~t3时,由图4(b)所示等效电路可知(r=0)uiN2/N1+uo=-Lf=-Lf=Lf(11)
由式(10)、(11)得t3-t2=(12)
输出负载电流为io==(13)
由式(8)、(10)、(12)、(13)得Io=IGmax(14)
因此,理想情形且DCM模式时变换器的外特性为=(15)
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