抽头电感单级升压逆变器的无源网络设计与参数极限值估计
文献[19]提出了一种抽头电感单级升压逆变器(tapped-inductorsingle-stageBoostinverter，TISSBI)，其中的抽头电感无源网络包括一个抽头电感和两个二极管。该变换器通过调节直通占空比和电感抽头的位置，能较大提高变换器的升压能力外，还具有输入与母线共地，输入电流连续的特点。本文首先简单介绍抽头电感单级升压逆变器，然后从分析电路的稳态运行状态出发，揭示在一个直通周期内，除了期望的3种运行状态外，还存在4种对能量传递过程不起作用的运行状态。从稳态分析中得到描述电路运行的状态方程组，讨论无源网络的设计方法，估计使线路运行于期望的直通和非直通状态时无源网络中电感和电容可取到的极限值，证明无源网络中的电容可用可靠性高、容值小的薄膜电容取代。通过仿真和实验验证该设计方法的准确性。
1抽头电感单级升压逆变器
图1为本文提出的抽头电感单级升压逆变器拓扑。它利用开关模态变化时抽头电感Lt绕组电势的变化及二极管D2、D3的通断在直通零矢量[8]期间存储能量，在非直通期间释放能量并提升母线电压。母线电压幅值Uo与输入电压Ui的关系，即升压比B可表示[19]为
式中：d0为直通占空比；k和N为抽头电感的耦合系数和匝比；N=N2/N1；d1为漏感能量释放给电容C2所需时间对应的占空比。当输入电压Ui=50V、母线电压幅值Uo=195V和直通占空比d0=0.19时，d1与匝比N和耦合系数k的关系如图2所示。N越大或k越小，占空比d1越大，意味着需要更多的时间释放漏感的能量。
2抽头电感单级升压逆变器的稳态分析
2.1TISSBI的开关状态
TISSBI无源网络的运行状态由二极管和逆变桥开关管的开关状态决定。如图3所示，二极管D1、D2和D3有“开通”和“关断”两种状态，而逆变桥开关管有3个开关状态。其中，状态1为开路零矢量状态；状态2为有效矢量状态(A)，此时逆变桥等效为一个电流源Io；状态3为直通零矢量状态(S)。以下分析均认为开路零矢量状态是有效矢量状态的一部分(Io=0)。因此，TISSBI在一个直通周期Tsh内可运行在如表1所示的状态中的一种。采用简单升压控制时，Tsh等于开关周期Ts的一半[8]。二极管D1、D2和D3的状态组合有23种，加上逆变桥开关管的两种状态，共24种可能的状态。由于N1>N2或N1=N2时，电路运行状态与准Z源逆变器相同，本文不加以赘述。以下可能运行的状态均建立在N1<N2的条件上，因此有开关状态SD2=−SD3(S=1，导通；S=0，关断)。