以 DSP 为基底之高性能三相升降压 AC/DC 转换器 High Performance Three-Phase Boostbuck AC/DC Converter Based on DSP
陈宗成 T.C. Chen 邱国珍 G.J. Chiou 吴逸轩 Y.S. Wu 陈政裕 J.Y. Chen
国立虎尾科技大学 电机工程系 台湾 云林县 Department of Electrical Engineering National Formosa University Yunlin, TAIWAN smpslab@nfu.edu.tw 摘要 本文提出一高性能数位化三相交直流升降压型转 换器.该转换器是将一个三相升压交流/直流转换器与一 直流/直流降压转换器整合成一单级 AC/DC 转换器,并 应用广义零向量(generalized zero vector, GZV)方法完成 驱动控制电路之控制.该转换器之特点为在交流侧没有 谐波污染的正弦线电流,在直流侧能达到可连续调升/ 降之纯净直流输出电压及高效率之单级控制.最后,本 转换器采用 VisSim 及 DSP TMX320F28335 为数位化控 制核心,并藉由实验结果验证所提出转换器架构之可行 性. 关键词:交流/直流,广义零向量,弦波线电流 Abstract In this paper, a high performance three-phase boostbuck AC/DC converter is presented. Based on a generalized zero vector technique, the converter combines a three-phase boost rectifier with a boostbuck converter to form a single-stage converter of AC to DC. The so called high performance means it is desired to achieve sinusoidal line currents without harmonic pollution, clean DC output voltage, the step up/down output voltage, bidirectional power flow capability, integrated single stage converter configuration to achieve better efficiency. Besides, the mathematical model of proposed converter is presented. VisSim and DSP TMX320F28335 are employed to achieve digital control for power factor correction and feedback control. Finally, some experimental results are compared with the proposed theory for verification. Keywords:AC/DC, generalized zero vector, sinusoidal line currents I. 前言 一般单级型三相交直流转换器在工业及民生系统 上应用的角色日益重要,因此针对高性能三相交直流转 换器之研发工作刻不容缓.在现有的文献中有许多不同 架构的三相升压型转换器,大概可分成下列三种:二极 体桥式整流操作在不连续电流模式[1-3],六个主动开关 整流[4-8]及四个主动开关整流[9-11]等架构. 二极体整流结合一主动开关的升压型整流器 [2]它 的优点是藉由一个功率开关达到功因修正,输入电流近 似弦波,但其缺点为主动开关上的应力太大,且操作在 不连续电流模式下导致电路可靠度降低.六个主动开关 三相整流器 [8]它的优点是架构简单,单位功因,交流 侧可得到几乎无失真,接近弦波的电流,然而此架构无 法使用在降压应用场合.而四个主动开关的三相整流器 即全桥式转换器[10],可达到单位功因及接近弦波的市 电线电流,同时亦减少开关数量达到降低硬体电路成 本,并具备双向电力潮流的功能.因上述转换器皆属於 升压型架构,并不适合在降压的应用场合.因此有学者 提出三相降升压型整流器[12,13]来改善此缺点,但此架 构的缺点是存在脉动式的输入和输出电流,而且开关损 失在大功率应用上会较升压型转换器来得高[8].为了改 善降升压型转换器的缺点,有学者提出一单级性三相升 降压型转换器来[14],转换器可达到洁净的弦波线电 流,单位功率因数,可调的输出直流电压,固定切换频 率以及输入电压近乎没有失真[14]. 然而,此种架构仍然有一些问题存在.首先,为了 要降低产生的控制误差,所以六个开关通常采随机方式 操作[14],这在回授控制器的设计上很难得到其动态分 析模型.其次,对於一些能量回送的应用上,双向电力 潮流是必须的.本文提出一三相交直流升降压型转换 器,它具备在交流侧没有谐波污染的正弦线电流,直流 侧能达到纯净直流输出电压,输出电压可连续调升或调 降,具双向负载潮流的功能,整合之单级转换器架构俾 获得较高效率等优点.经由数学推导及实验证明本文之 转换器达到上述所要求之高性能特性. II. 电路架构与操作原理 本文所提之三相交/直流升降压型转换器如图 1 所 示,其构造为三相电源,三个输入电感 Ls,一个输出电 感 L,中间电容 C,输出电容 Co 和七个主动型开关元件 所 组 成 . 利 用 广 义 零 向 量 (generalized zero vector, GZV)[12-13]控制技巧 将所提之升降压转换器操作於转 , 换器与换流器之两种模式,依图 2 之开关控制讯号共可 区分成五个模式:模式零,模式一,模式二,模式三, 模式四,以下将对各模式状态作说明.

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