單周控制的單相交流斬波調壓電路

在正弦負半波時 T2、T4工作，T1、T3被D1，D3旁路不工作，當T2開通時交流負電壓加于負載，T2關斷時，T4導通起著續流作用輸至負載的電壓為零。這里T2，T4的控制信號是互補的。

并聯式電路工作，當電壓為交流正弦正半波時，T1、T3工作，T2，T4斷開，其工作原理和串聯式電路類似。圖2為單相AC/AC變換的并聯式電路中的開關管T1，T2，T3，T4 驅動信號。假定交流電壓的周期為T，顯然前T/2為正弦正半波，T1，T3互補開通，后T/2為正弦負半波，T2，T4互補開通，圖2中畫的開關頻率是4/T。

圖2 單相AC/AC變換并聯式電路T1-T4開關管驅動信號

實際采用的開關頻率較高，但過高，如未用軟開關技術，將導致開關損耗加大，開關頻率太低，使輸出濾波器尺寸變大，輸出電壓正弦度差。一般來講開關頻率宜大于電源頻率的20倍較好。

3 單周控制原理

產生上述驅動信號的方法有多種，本文采用單周控制[3，4，5]。在上世紀90年代初，由華人學者Keyue Smedley提出的基于Buck電路的單周控制(One-cycle control)方法，它是一種新型非線性大信號的脈寬調制(PWM)控制，該方法控制電路簡單，用的元件少而成本低，動態響應快，也能保證靜態要求，特別在負荷變化時有一定的穩壓作用。

單周控制可分為4類：⑴恒頻PWM；⑵恒導通時間；⑶恒截止時間；⑷變化開關周期。實際使用中是以恒頻，即恒開關周期的控制用得較多，其它三類控制產生的開關周期的諧波比較難以消除。因此本文也采用恒開關周期的單周控制。

圖3 恒頻PWM開關單周控制(OCC)原理圖

恒頻PWM開關單周控制原理如圖3所示。假定開關SW的開關頻率為fs=1/Ts，開關函數k(t)是
(1)

式中Ton為每開關周期的導通時間，Ts為開關周期，占空比d是開關導通時間和開關周期的比：d=Ton/Ts，它由圖3上的參考信號Vref調制。由此可看出開關SW的輸入量x(t)和輸出量y(t)的關系為
y(t)=k(t)x(t) (2)

開關SW一旦由時鐘脈沖clock通過RS觸發器Q端接通，積分器也開始工作，當積分值Vint大於比較器另一輸入Vref，RS觸發器復位，其Q端輸出變為“0”，開關SW關斷，積分器復位，一個開關周期結束，直到下一個時鐘脈沖來到。

假設開關頻率遠大于輸入信號x(t)頻率，可認為在一個開關周期內x(t)為常數，則y(t)的平均值為:
(3)

單周控制的本質是通過控制占空比d(t)，使得x(t)在每周期的導通時間Ton內的積分等于參考量ref(t)在一個開關周期的積分Uref，亦即

從而使每個開關周期中，開關輸出量的平均值y(t)等于參考量ref(t)的平均值。

4 仿真結構

圖4為單周控制的單相AC/AC轉換的并聯式電路的Simulink仿真[6，7，8]總結構圖。圖4左上部為單相交流正弦電源U1，中部為電壓正值時工作的開關管(IGBT)T1，T3，負值時工作的T2，T4，及濾波用電感L、電容C，右邊為負荷電阻R1，R2及開關SW，定時器Timer，用以定時切除負載電阻R2。

圖4 單周控制的單相AC/AC轉換并聯式Buck電路仿真總結構圖