发布时间 : 星期二 文章输出并联组合型双Cuk逆变器研究更新完毕开始阅读147da306964bcf84b9d57b4b
第2章 双电源输入的并联型双Cuk逆变器
第2章 双电源输入的并联型双Cuk逆变器
本文主要研究的是输出并联组合型双Cuk逆变器，所以本章将详细的介绍输出并联组合型双Cuk逆变器的拓扑结构及工作原理。
2.1 逆变器拓扑
本节先对Cuk型DC/DC变换器的原理进行分析并且给出它的仿真结果分析，从中得到双Cuk逆变器的拓扑结构，接下来详细的介绍了该逆变器的构成过程。
2.1.1 Cuk电路基本原理
Cuk型变换器是升降压变换器，它是反转极性的变换器，即输出电压与输入电压的极性相反。它的特点是输入电流连续，性能优异，简单，只需要一个开关就能工作的变换器。
Cuk型变换器的电路拓扑如图（2—1）所示。电路包含两个电感器，其中在输入回路里的是升压电感L1，在输出回路里的是滤波电感L2。它可以看做是升压变换器和降压变换器组合成的。
开关S闭合时，电源Vi给输入电感L1充电，能量以磁能的形式存储在L1中，此时由电容C1给负载供电，C1两端电压下降；当开关S断开时，由于电感L1的电流不能发生突变，将通过电容C1和二极管D进行续流，由此给电容C1充电，因此在开关S闭合期间电容C1释放的能量将得到补偿；
L1C1L2-Vo+
Vi SDC2R图2—1 Cuk变换器的电路拓扑
而输出滤波电感L2的电流通过二极管D、电容C2和负载R进行续流。当
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燕山大学本科生毕业设计（论文） L2的电流大于负载电流时电容C2处于充电状态，当L2的电流小于负载电流时电容C2将处于放电状态。
在能量的转换过程中电感器的能量不能进行周期性的积累，否则会导致电感器磁饱和，因此不管电感器是否工作在能量完全传递的方式，每个周期内两个电感器能量传递的数值必须是相等的。可以用这一特点来分析电路的特性。
开关S的导通时间越长，输入电感L1从电源汲取的能量就越多，它的磁储能就越高，电路的输出电压也就越高。所以调节占空比D就能实现对输出电压Vo的控制。
2.1.2 Cuk电路的仿真
上一章已经简要的介绍了Cuk型DC/DC变换器的工作原理，本章就要采用PSIM仿真软件对其进行仿真。其中开关S采用单极性PWM控制方式。
Vo1501005000.30.35Time (s)0.40.45 图2—2 Cuk电路输出电压波形
由图（2—2）所示Cuk电路的输出电压波形可以看出，Cuk电路在单极性PWM控制方式下输出电压为半个周期的正弦波。由此可以想到如果两个Cuk变换器分别工作在正弦波的正负半个周期，则可以得到整个正弦波，从而实现逆变。由此可以得到输出并联组合型双Cuk逆变器的拓扑。
2.1.3 逆变器的拓扑
将两个Cuk变换器在输出端进行并联，然后在输出端分别连接一个单向开关用来选择哪个Cuk电路进行工作，其中单向开关由IGBT串联一个与
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第2章 双电源输入的并联型双Cuk逆变器
它同方向的二极管组成。并且分别在两个Cuk变换器的输入电感前串联一个与电感电流同方向的二极管。该二极管的作用是解除输入电感和输出电感之间的耦合，从而抑制了在过零点时的畸变，保证了输出电流的波形良好。最后将Cuk型DC/DC变换器的输出电感进行合并，从而构成了输出并联组合型双Cuk逆变器，如图（2—3）所示。
D1L1C1S3D5Co-R+Uin1S1D3LoUin2D2S2L2D4C2S4D6 图2—3双电源输入的输出并联组合型双Cuk电路
2.2 双电源输入的输出并联组合型双Cuk逆变器
上一节给出了双电源输入的输出并联组合型双Cuk电路的拓扑，本节将
着重介绍它的工作原理。
2.2.1 控制方式
本逆变器中要求每个Cuk电路输出半个周期的正弦波，因此必然采用PWM控制方式。PWM控制方式又分两种，即单极性控制方式和双极性控制方式。在这里我们采用单极性控制方式，因为在该工作方式下逆变器无环流且系统损耗小。电路中S1和S2采用单极性控制方式，S3和S4工作于工频状态，互补工作。由于S1、S2处于高频工作模式，不需要加入死区，而S3、S4工作在工频需要加入死区。
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燕山大学本科生毕业设计（论文） 2.2.2 四种工作模式
输出并联组合型双Cuk逆变器在输出电流小于零的负半周，上面的Cuk电路工作，即Uin1、D1、L1、S1、C1、D3、S3、D5、Lo以及负载和滤波电感Lo组成的Cuk电路进行工作。此时对应工作模式一和二。
工作模式一：S2和S4保持关断，S1和S3开通，如图2—4a)所示，实现连接的Cuk电路工作。输入电源Uin1、D1、L1、S1组成回路，电源给电感L1充电，此时，电感的电流线性上升；C1、S1、S3、D5、Lo及负载和滤波电感 组成另一个回路，电容C1给负载供电，此时电容电压下降，Lo电流线性上升，二极管D3截止。
工作模式二：S1、S2、S4均关断，只有S3开通，如图2—4b)所示。Uin1、D1、L1、C1、D3组成一个回路，电源Uin1和电感L1给电容C1充电，补偿模式一中电容C1释放的能量。Lo、S3、D3和负载组成另一个回路，电感Lo给负载供电，它的电流下降。当Lo电流大于负载电流时电容Co充电，当电感电流小于负载电流时电容Co放电。
出电流大于零的正半周，上面的Cuk电路工作，即Uin2、D2、L2、S2、C2、D4、S4、D6、Lo以及负载和滤波电感Lo组成的Cuk电路进行工作。此时对应工作模式三和四。
工作模式三：S1和S3保持关断，S2和S4开通，如图2—4c)所示，实现连接的Cuk电路工作。输入电源Uin2、D2、L2、S2组成回路，电源给电感L2充电，此时，电感的电流线性上升；C2、S2、S4、D6、Lo及负载和滤波电感 组成另一个回路，电容C2给负载供电，此时电容电压下降，Lo电流线性上升，二极管D4截止。
工作模式四：S1、S2、S3均关断，只有S4开通，如图2—4d)所示。Uin2、D2、L2、C2、D4组成一个回路，电源Uin2和电感L2给电容C2充电，补偿模式一中电容C2释放的能量。Lo、S4、D4和负载组成另一个回路，电感Lo给负载供电，它的电流下降。当Lo电流大于负载电流时电容Co充电，当电感电流小于负载电流时电容Co放电。
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