采用开关矩阵结构的精确滤波稳压电源
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采用开关矩阵结构的精确滤波稳压电源
摘 要 基于矩阵变换器理论 ,设计了一种新型无工频平波环节、有精确滤波功能的交流矩
阵变换稳压电源。文中设计的矩阵变换调制策略 ,能够在没有升压变压器的情况下 ,提升输出电
压。
关键词 矩阵变换 滤波 稳压 交2交直接变换
1 引言
本文提出了一种采用矩阵变换结构的无中间直
流环节的电子稳压器 ,它除了具有稳压调压功能 ,
还能提供精确正弦输出的 “有源电力滤波”。文中
设计的升压型矩阵变换调制策略 ,能够在没有输出
变压器的情况下 ,提升输出电压。
2 拓扑结构和工作原理
211 拓扑结构
矩阵式变换器可以实现对交流电诸参数 (相
数、相位、幅值、频率)的变换。本文采用开关矩
阵结构 ,实现了交2交直接稳压 ,其主回路如图 1
所示。图 1中S11 、S12 、S21 、S22 构成双向开关矩
阵,按一定的调制函数 ,进行高频斩波。S0配合
开关矩阵 ,借助 L1和C1提升电压 Uin (t)。
图1 升压型矩阵变换器拓扑结构
矩阵式变换器实现各交流参数变换的过程 ,就
是建立一个对应于开关矩阵 (如图 1所示)的M(t)
调制矩阵 ,通过实时计算 ,得出 M(t)内各因子的
数值 ,进而控制矩阵变换器上相应的功率开关的占
空比。在每个斩波周期内 ,通过开关不同的通断状
态组合 ,实现对输出参数的控制。根据图 1 , 在理
想状态下有
uo(t)= M (t)・uin (t) (1)
iin (t)= M (t)・io(t)(2)
式中 io(t)———输出电流瞬时值
uo(t)———输出电压瞬时值
iin (t)———开关矩阵的输入电流瞬时值
uin (t)———开关矩阵的输入电压瞬时值
调制函数矩阵为
M(t)=m11 m12
m21 m22
其中矩阵因子 mij (i= 1 ,2; j = 1 ,2)为相应双向开关
Sij的占空比。根据图 1 ,共有以下三种组合 :①S11和
S22导通、S21和S12关断的 T1时段 ,这时 uo(t)=uin
(t)。②S21和S12导通、S11和S22关断的 T2时段 ,这时
uo(t)= - uin (t)。③S11和S12 、S21和S22全部导通的
T3时段 ,这时 uo(t)= 0。
在一个斩波周期中
T=T1+T2+T3 m1+m2+m3= 1
其中 m1、m2、m3为对应时段的占空比。显然,在第
p(p=斩波序数)个斩波周期的输出电压为 T1p、
T2p、T3p三个时段输出电压的平均值 gUp,而总的输
出波 形 为 {gUp}n
p= 1 (n为t时 刻 的 周 期 数)。设
uo(t)= 2 Uosinω
ot,由式(1)得出
m1=m11 =m22 =1
21 - m3+2Uosinω
ot
uin (t)(3)
m2=m12 =m21 =1
21 - m3-2Uosinω
ot
uin (t)(4)
矩阵变换器各开关的工作规律是由它们的调制函数
(占空比)m1、m2、m3来决定的。
(1)在每个斩波周期 T中的 T1+T2时段 , S0
导通期间 ,图1形成两个独立回路 ,如图 2所示。
在图 2回路 a中, UL1(t)=L1
diL1(t)
dt,这时 L1
中电流值上升 ,电感从电网吸收能量 ;在 图 2回
—5—
・研究与开发・
《电子技术杂志》2002 年第 2期
摘要：
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²ÉÓÿª¹Ø¾ØÕó½á¹¹µÄ¾«È·Â˲¨ÎÈѹµçÔ´¡¡¡¡Õª¡¡Òª¡¡»ùÓÚ¾ØÕó±ä»»Æ÷ÀíÂÛ,Éè¼ÆÁËÒ»ÖÖÐÂÐÍÎÞ¹¤ÆµÆ½²¨»·½Ú¡¢Óо«È·Â˲¨¹¦ÄܵĽ»Á÷¾ØÕó±ä»»ÎÈѹµçÔ´¡£ÎÄÖÐÉè¼ÆµÄ¾ØÕó±ä»»µ÷ÖƲßÂÔ,Äܹ»ÔÚûÓÐÉýѹ±äѹÆ÷µÄÇé¿öÏÂ,ÌáÉýÊä³öµçѹ¡£¡¡¡¡¹Ø¼ü´Ê¡¡¾ØÕó±ä»»¡¡Â˲¨¡¡ÎÈѹ¡¡½»2½»Ö±½Ó±ä»»1¡¡ÒýÑÔ±¾ÎÄÌá³öÁËÒ»ÖÖ²ÉÓþØÕó±ä»»½á¹¹µÄÎÞÖмäÖ±Á÷»·...
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