三相高頻斬波式交流穩壓裝置的研究

1引言

工業(yè)設備及大型計算機站等場(chǎng)合，大量應用大功率交流穩壓電源。在各種交流穩壓設備中，多采用電壓補償原理來(lái)穩定輸出電壓，如：大功率接觸補償型交流穩壓電源，無(wú)觸點(diǎn)感應補償型及開(kāi)關(guān)補償型交流穩壓電源等。在這些設備中，補償電路多在基頻（50Hz）下工作，所以設備體積重量大，轉換效率低，限制了它們在大功率場(chǎng)合下的應用。

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，電路結構復雜，成本高，難以在實(shí)用中得到推廣和實(shí)用。

文獻[3]提出了一種三相高頻PWMAC鏈調節器。由于該電路使用開(kāi)關(guān)器件少，控制簡(jiǎn)單，補償電路電感性元件為高頻元件，數目少，是一種極有開(kāi)發(fā)應用價(jià)值的變換電路。本文主要介紹該電路的工作原理，主要參數設計和仿真波形及實(shí)驗結果。

2電路結構及工作原理

此三相高頻斬波交流調壓主電路如圖1所示。為便于分析，暫不考慮變壓器。

開(kāi)關(guān)S1，S2，S3用于交流斬波，開(kāi)關(guān)S4用來(lái)在開(kāi)關(guān)S1，S2，S3關(guān)斷時(shí)為負載續流。S1，S2，S3和S4互補導通。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(shí)導通，在它們互補導通轉換時(shí)設置了死區。在死區時(shí)段由電容CP為負載電流提供旁路，電阻RP在死區過(guò)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(shí)，有以下幾個(gè)工作模式：

21供能模式

工作在此模式，開(kāi)關(guān)S1，S2，S3導通，S4關(guān)斷，輸入電壓加在負載上。如圖2所示，假設電流方向如圖所示。

22旁路模式

工作在此模式，開(kāi)關(guān)S1，S2，S3，S4都關(guān)斷。負載電流通過(guò)旁路電容CP和三相整流橋中的二極管以及開(kāi)關(guān)管的并聯(lián)二極管保持連續。如圖3所示。在此期間會(huì )有一部分能量存儲在旁路電容CP中，此能量在死區結束后通過(guò)電阻RP泄放。

圖1三相高頻斬波交流調壓主電路圖

圖2供能模式

圖3旁路模式

圖4續流模式

圖5死區等效電路

(a)等效電路(b)等效模型