【摘 要】
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多电平AC/AC变换器具有开关管的电压应力低、输出滤波器的体积和重量小以及电路拓扑简单等优点从而在高压大功率的电力系统中得到广泛应用。本文在原三电平AC/AC变换器的研究基础上推导出基于辅助变压器的五电平AC/AC变换器,并详细分析了新拓扑的工作原理和控制策略。首先分析了三种脉宽调制三电平AC/AC变换器的拓扑结构及控制策略,针对其双目标控制策略导致输出电压不能全占空比调节的问题,提出了采用辅助变
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多电平AC/AC变换器具有开关管的电压应力低、输出滤波器的体积和重量小以及电路拓扑简单等优点从而在高压大功率的电力系统中得到广泛应用。本文在原三电平AC/AC变换器的研究基础上推导出基于辅助变压器的五电平AC/AC变换器,并详细分析了新拓扑的工作原理和控制策略。首先分析了三种脉宽调制三电平AC/AC变换器的拓扑结构及控制策略,针对其双目标控制策略导致输出电压不能全占空比调节的问题,提出了采用辅助变压器来直接控制飞跨电容电压的三电平拓扑。其次针对改进后的三电平拓扑在高压和低开关频率的场合下,开关管的电压应力仍较高、输出滤波器体积和重量大的缺陷,按照一定步骤推导出了基于辅助变压器的五电平AC/AC变换器。其三个飞跨电容电压可以自动跟随于一个小容量辅助变压器的三个副边电压,保证了输出电压可以全占空比调节,并且通过飞跨电容的钳位作用也极大降低了电子器件的电压应力与输出滤波器的体积和重量。同时对控制策略进行创新,在DSP中实现数字PI控制,降低了原输出电压控制策略中外围硬件电路造成的电磁干扰。之后详细分析了基于辅助变压器的五电平AC/AC变换器的工作原理,推导出了降压型、升压型以及升-降压型变换器的输入输出关系,并对数字PI控制进行了详细的介绍,就PI控制的参数选择进行了详细的说明。最后针对基于辅助变压器的五电平AC/AC变换器设计了一个实验平台进行实验验证,实验结果证明了电路分析的正确性和控制策略的可行性。
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