三相高频斩波式交流稳压装置的研究
三相高频斩波式交流稳压装置的研究工业设备及大型计算机站等场合，大量应用大功率交流稳压电源。在各种交流稳压设备中，多采用电压补偿原理来稳定输出电压，如：大功率接触补偿型交流稳压电源，无触点感应补偿型及开关补偿型交流稳压电源等。在这些设备中，补偿电路多在基频（50Hz）下工作，所以设备体积重量大，转换效率低，限制了它们在大功率场合下的应用。
文献等提出了一些高频补偿式电路，但由于使用的元器件较多，电路结构复杂，成本高，难以在实用中得到推广和实用。
文献提出了一种三相高频PWMAC链调节器。由于该电路使用开关器件少，控制简单，补偿电路电感性元件为高频元件，数目少，是一种极有开发应用价值的变换电路。本文主要介绍该电路的工作原理，主要参数设计和仿真波形及实验结果。
2电路结构及工作原理
此三相高频斩波交流调压主电路如图1所示。为便于分析，暂不考虑变压器。
开关S1，S2，S3用于交流斩波，开关S4用来在开关S1，S2，S3关断时为负载续流。S1，S2，S3和S4互补导通。C1，C2，C3为各相旁路电容，用CP表示，R1，R2，R3为各相旁路电阻，用RP表示。L1，L2，L3为滤波电感，R4，R5，R6为负载。
为了防止S1，S2，S3和S4同时导通，在它们互补导通转换时设置了死区。在死区时段由电容CP为负载电流提供旁路，电阻RP在死区过后供电容CP放电。变压器用于给负载提供合适的电压并隔离负载和主电路。
此电路正常工作时，有以下几个工作模式：
2?1供能模式
工作在此模式，开关S1，S2，S3导通，S4关断，输入电压加在负载上。如图2所示，假设电流方向如图所示。
2?2旁路模式
工作在此模式，开关S1，S2，S3，S4都关断。负载电流通过旁路电容CP和三相整流桥中的二极管以及开关管的并联二极管保持连续。如图3所示。在此期间会有一部分能量存储在旁路电容CP中，此能量在死区结束后通过电阻RP泄放。
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图1三相高频斩波交流调压主电路图
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图2供能模式
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图3旁路模式
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图4续流模式
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图5死区等效电路
(a)等效电路(b)等效模型
2?3续流模式
工作在此模式，开关S1，S2，S3关断，S4导通，L1，L2，L3释放能量使负载电流通过S4保持连续。如图4所示。
3主要参数设计
供电通路主要工作在双向Buck状态，故图1中a（或b、c）点电压通过傅立叶级数分解可得http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935196393.JPGua=DV1＋Va′ncos[(nωs±ωi)t](1)
式中：ωi为输入电压角频率；
ωs为开关角频率；
Va′n为输出谐波幅值；
D为占空比。
其谐波分布在(nωs±ωi)，只要开关频率足够高，滤波电感L可以很小，因此，功率电路的设计主要是旁路电容及电阻的设计。
由前所述，旁路电容的作用主要是在“死区”期间，连续负载电流波形。其等效电路如图5(a)所示（以a相电路供电为例）。
由于电容作用时间很短（2μs～3μs），可以将电源电压与负载电流看作恒定值，其等效模型如图5(b)所示。
3?1旁路电容C与泄放电阻R的设计http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935192601.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935195513.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935193655.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935194156.JPG为了方便推导，分别以电路相电流有效值、相电压有效值为标么值，并设M=，K=，其中Ti为输入电源周期，tbp为死区时间。http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935194749.JPG电容电流峰值，则http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935193504.JPG(2)http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935199335.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935194765.JPG由于旁路电流峰值与最小值差别不大，为简便计算，用代替，则电流平均值为：http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935198061.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935194342.JPG(3)
电容电压为：
VCbp=VPm（4）
式中：φ为初相角
其平均值为：http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935192255.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935196393.JPG(P,U)（5）
则其峰值和有效值分别为：
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图6仿真负载电压波形（三相）
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图7输出电压波形（一相）
http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935193504.JPG（6）http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935194631.JPG（7）http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935193137.JPG由于，则http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935194936.JPG(P.U)（8）http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935195000.JPG(P.U)（9）http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935209500.JPG又（P.U)，所以旁路电阻为：http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935209544.JPG(P.U)（10）http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935206729.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935202637.JPG由于上述推导中用代替，所以实际取值时对Rbp可适当放大。
3?2仿真及实验
设计一只交流稳压电源，其参数如下：
RL=30Ω，tbp=2μs，fs=20kHz，Ts=50μs，http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935209693.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935202837.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935202725.JPGfi=50Hz，M==10000，K==400，=5.77A。http://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935207547.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935209222.JPGhttp://www.jd37.com/upfiles/20097/200974935203343.JPG则有Rbp?=37.5(P.U)，即Rbp?1.3kΩ（实际仿真及实验取值为1.5kΩ）；Cbp=，当取为11V时，Cbp为1μF；开关管S1～S4（带寄生反向二极管）型号为1MBH60D?100，二极管D4～D9型号为MUR8100T。
仿真负载电压波形如图6（D=0.8）所示。
在输入线电压有效值为100V时，实验电路负载电压波形（某一相）如图7（D=0.75）所示。
4结论
由仿真及实验结果表明，在较小滤波电感及旁路电容作用下，的确可以调节输出电压，加入适当的波形反馈控制，可以更进一步优化输出波形。
来源:机电网 谢谢楼主分享
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