采用开关矩阵结构的精确滤波稳压电源

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3.0 范春蓉 2024-10-16 25 4 263.15KB 4 页 15积分

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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

uin (t)(3)

m2=m12 =m21 =1

21 - m3-2Uosinω

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

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摘要：

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