单周控制的单相交流斩波调压电路

在正弦负半波时 T2、T4工作，T1、T3被D1，D3旁路不工作，当T2开通时交流负电压加于负载，T2关断时，T4导通起着续流作用输至负载的电压为零。这里T2，T4的控制信号是互补的。

并联式电路工作，当电压为交流正弦正半波时，T1、T3工作，T2，T4断开，其工作原理和串联式电路类似。图2为单相AC/AC变换的并联式电路中的开关管T1，T2，T3，T4 驱动信号。假定交流电压的周期为T，显然前T/2为正弦正半波，T1，T3互补开通，后T/2为正弦负半波，T2，T4互补开通，图2中画的开关频率是4/T。

图2 单相AC/AC变换并联式电路T1-T4开关管驱动信号

实际采用的开关频率较高，但过高，如未用软开关技术，将导致开关损耗加大，开关频率太低，使输出滤波器尺寸变大，输出电压正弦度差。一般来讲开关频率宜大于电源频率的20倍较好。

3 单周控制原理

产生上述驱动信号的方法有多种，本文采用单周控制[3，4，5]。在上世纪90年代初，由华人学者Keyue Smedley提出的基于Buck电路的单周控制(One-cycle control)方法，它是一种新型非线性大信号的脉宽调制(PWM)控制，该方法控制电路简单，用的元件少而成本低，动态响应快，也能保证静态要求，特别在负荷变化时有一定的稳压作用。

单周控制可分为4类：⑴恒频PWM；⑵恒导通时间；⑶恒截止时间；⑷变化开关周期。实际使用中是以恒频，即恒开关周期的控制用得较多，其它三类控制产生的开关周期的谐波比较难以消除。因此本文也采用恒开关周期的单周控制。

图3 恒频PWM开关单周控制(OCC)原理图

恒频PWM开关单周控制原理如图3所示。假定开关SW的开关频率为fs=1/Ts，开关函数k(t)是
(1)

式中Ton为每开关周期的导通时间，Ts为开关周期，占空比d是开关导通时间和开关周期的比：d=Ton/Ts，它由图3上的参考信号Vref调制。由此可看出开关SW的输入量x(t)和输出量y(t)的关系为
y(t)=k(t)x(t) (2)

开关SW一旦由时钟脉冲clock通过RS触发器Q端接通，积分器也开始工作，当积分值Vint大於比较器另一输入Vref，RS触发器复位，其Q端输出变为“0”，开关SW关断，积分器复位，一个开关周期结束，直到下一个时钟脉冲来到。

假设开关频率远大于输入信号x(t)频率，可认为在一个开关周期内x(t)为常数，则y(t)的平均值为:
(3)

单周控制的本质是通过控制占空比d(t)，使得x(t)在每周期的导通时间Ton内的积分等于参考量ref(t)在一个开关周期的积分Uref，亦即

从而使每个开关周期中，开关输出量的平均值y(t)等于参考量ref(t)的平均值。

4 仿真结构

图4为单周控制的单相AC/AC转换的并联式电路的Simulink仿真[6，7，8]总结构图。图4左上部为单相交流正弦电源U1，中部为电压正值时工作的开关管(IGBT)T1，T3，负值时工作的T2，T4，及滤波用电感L、电容C，右边为负荷电阻R1，R2及开关SW，定时器Timer，用以定时切除负载电阻R2。

图4 单周控制的单相AC/AC转换并联式Buck电路仿真总结构图