李建霞 闫朝阳

　　(燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066000)

　　摘 要:文中介绍了一种应用于UPS的新型双Boost电路拓扑,可以实现DC/AC单级升压变换。在对主电路拓扑和工作原理进行分析的基础上,采用SPWM调制方法对其进行了软件仿真和硬件实验。实验结果证明,双Boost变换电路可以实现高频功率变换情况下的单级升压逆变输出。

　　逆变器对于UPS设备至关重要,逆变器质量和性能的好坏直接影响到UPS的性能。传统的单级逆变器通常工作在降压输出状态,在应用中,多采用在其输出端变换工频变压器匝比的方法来实现进一步升压,这样就增加了功率装置的体积和重量。本文提出一种新型非隔离式的单级升压DC/AC变换电路,电路拓扑由两个Boost电路合并而成,可以通过不断改变Boost电路的占空比D来获得幅值高于直流输入电压的正弦波输出。本文对主电路原理进行了理论分析，并且采用SPWM调制方法对电路进行了仿真和实验研究，试验结果比较理想。

　　1 电路拓扑及工作原理分析

　　1.1 拓扑结构

　　图1所示为双Boost单级逆变器的主电路拓扑,由两路电流双向流动的Boost DC/DC变换电路组成。电源U dc、开关S1、S2、电感L 1和电容C 1、电阻R 组成Boost1变换电路。电源U dc、开关S3、S4、电感L 2和电容C 2、电阻R 组成Boost2变换电路。主电路结构左右对称,C 1=C 2,L 1=L 2,负载R串接在两个变换器中间。通过控制双向开关的导通与关断,使两个Boost电路交替工作,从而在负载上取得交流工频电压输出的效果。功率开关S1～S4均为由MOSFET和二极管组成的能量可双向流动的可控开关。

　　1.2 工作原理分析

　　图2示出双Boost DC/AC逆变器控制的工作原理。将主电路左右分解为两个Boost升压电路,两个升压电路的输出波形U o1和U o2均为形如正弦的直流电压,变换规律一致,但相位相差180°,因此,当二者共同作用于R上时,能在负载上产生工频交流输出电压U o

相关理论分析如下,就Boost DC/DC变换器而言,在电流连续的工作状态下,其平均电压间关系可表示为

　　两者相位差为180°,则Boost逆变器的输出电压为

      根据式(4)可知,改变开关的占空比D可以达到控制负载电压升与降的目的。

　　Boost逆变器的增益特性如图4所示。可以看出在D为0.5时,增益为0。如果控制占空比D在0.5左右变化,就可以得到交流电压输出。

　　2 软件仿真和实验结果

　　采用SPWM调制方法对主电路进行了仿真和实验研究，实验和仿真结果验证了理论分析的正确性。

　　2.1 软件仿真结果及分析

　　SPWM调制波由正弦波给定和三角载波调制而成。4个开关管的触发脉冲逻辑搭配关系为

　　由此可知，在产生一路SPWM触发脉冲后,经过简单的信号分配即可。这相对于两套电路两套触发脉冲发生逻辑的方案较为简单,在工程中也较易实现。

　　仿真参数:载波频率为5 0 kHz ;调制波频率为5 0Hz。L 1=L 2=8 0 0μH,C 1=C 2=5μF ,负载R =600Ω。图5a仿真波形为左右两套Boost电路产生的电压U o1、U o2与负载电压U o关系。图5b为SPWM调制中给定正弦波U g与输出电压U o跟踪关系对照。

　　2.2 实验结果

　　最后对分析及仿真结果的正确性进行了试验验证。试验参数与仿真参数相同,图6所示为实验波形。图6a为单级逆变器的给定电压U g和输出电压U o;图6b为输出电压U o和输出电流I o波形。由图可见,实验结果与仿真结果取得了较好的吻合。

　　3 结束语

　　由仿真和实验结果可知,基于SPWM调制的双Boost单级DC/AC电路方案是可行的,可以实现高频功率变换情况下的单级升压和降压工频逆变输出。实验中输出电压电流波形的正弦度较好,THD值也较小。笔者认为,这种单级变换的新思路可以应用到很多变换电路中。

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