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三单相AC/DC组合变换器控制技术研究

摘要

整流电路可以提高能源的利用效率，减小谐波对电网的污染，所以其转换效率与

安全性能越来越受到重视。带有高频变压器的变换器因其同功率下的功率密度远远大

于使用低频变压器的变换器，因此在开关电源中更有优势。而单级式的拓扑相较于两

级式，因其减少了一级电能变换从而具有更高的效率。此外，交错并联、软开关等技

术也会使电路的损耗减小，提升变换器的性能。

本文首先研究了一种具有高频隔离的单相交错并联谐振式软开关单级AC/DC电路

拓扑结构。对其工作模态、换流方式、控制策略等方面进行了详细的阐述。针对其在

交错并联的模式下的输入电流纹波与占空比之间的关系进行了计算。在此基础上分析

了电路中的功率元器件、谐振元器件对软开关的影响。使用稳态分析法和频率响应分

析法对谐振电路进行分析，得到谐振电路增益与占空比的数学关系，以及谐振电路对

控制器设计的影响。

其次，本文使用扩展函数描述法对变换器进行了小信号模型的建立，并利用其小

信号模型设计了双闭环控制器。使用仿真软件搭建变换器的仿真电路，得到各个功率

器件、开关器件的信号波形，为实验环节提供了理论基础和分析依据。

最后分别对功率主电路中的电感电容、谐振器件和开关器件进行设计与选型，再

对控制电路中的采样电路、驱动电路等进行设计。基于STM32F4系列芯片进行软件程

序实现。搭建实验平台，通过实验结果证明本文所研究的变换器具有一定的可行性和

理论分析的正确性。

关键词：单级式变换器；隔离型变换器；软开关；功率因数校正

三单相AC/DC组合变换器控制技术研究

ABSTRACT

Therectifiercircuitcanimprovetheefficiencyofenergyutilizationandreduceharmonic

pollutiontothepowergrid,soitsconversionefficiencyandsecurityperformanceare

increasinglyvalued.Converterswithhigh-frequencytransformersarefargreaterthan

convertersusinglow-frequencytransformersatthesamepower,sotheyhaveanadvantagein

theswitchingpowersupply.Comparedwiththetwo-levelformula,thesingle-leveltopology

hasahigherefficiencybecauseitreducesthefirst-levelelectricaltransformation.Inaddition,

thetechnologiessuchascross-parallelandsoftswitchingwillalsoreducethelossofthecircuit

andimprovetheperformanceoftheconverter.

Thisarticlefirststudiesasingle-phaseinterlacedparallelparallelandresonatedsoft

switchsingleAC/DCcircuittopologystructurewithhigh-frequencyisolation.Ithasexplained

indetailitsworkingmodes,changingmethods,andcontrolstrategies.Calculatetherelationship

betweentheinputcurrentripplesandthe