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
由表1可知,无源网络在一个直通周期内最多可运行在8种状态。然而从下文分析可知,实际电路只能运行在状态A1、A2和S1才能保证线路的正常工作。通过合理设计LC参数可以避免无效状态的出现。
在分析不同状态中电压–电流的变化前,给出描述LC无源网络的表达式:
式中:UL和IL为电感L的电压和电流;U1和I1为抽头电感原边绕组L1的电压和电流;U2和I2为抽头电感副边绕组L2的电压和电流;UC1和IC1为电容C1的电压和电流;UC2和IC2为电容C2的电压和电流;Uo和Io为母线的电压和电流。为简化分析,忽略线路中的寄生阻抗。
2.2有效矢量状态A1
电路稳态运行时SD1=1,SD2=1,SD3=0,这段时间电感L与Ui串联给电容C1充电,持续时间包括有效矢量状态A1和A2。
这段时间内抽头电感的漏感释放能量,绕组N1给电容C2充电,持续时间取决于抽头电感的耦合程度,为tk,tk=d1Tsh.
当ωk_L1_C2t+Φk_L1_C2=π/2时,由式(12)得电容C2电压达到A1状态下的最大值UC2_max=Ak_L1_C2,由式(13)得抽头电感绕组N1电流达到A1状态下的最小值I1_min=Io。需注意的是,漏感能量释放结束时如果处于开路零矢量状态,母线电流Io=0,则I1_min=0。
2.3有效矢量状态A2
电路稳态运行时SD1=1,SD2=0,SD3=1,电感L与Ui串联继续给电容C1充电,电容C1的电压和电流表达与有效矢量状态A1时相同。当ωa_L_C1t+Φa_L_C1=π/2时,由式(7)得电容C1电压达到最大值UC1_max=Ui+Aa_L_C1,由式(8)得电感L电流达到其最小值IL_min=Ii_min=Io。这标志着A1+A2状态的结束,因此电容C1电压和电感L电流的终值为UC1_fa=UC1(ta)和IL_fa=Io+IC1(ta)。
这段时间内抽头电感绕组N2与绕组N1串联给负载供电,同时继续维持电容C2电压,因此有I1=I2,逆变桥等效为一个电流源,持续时间为ta,ta=(1−d0−d1)Tsh。