逆变器对于UPS电源设备至关重要，逆变器质量和性能的好坏直接影响到UPS的性能。传统的单级逆变器通常工作在降压输出状态，在应用中，多采用在其输出端变换工频变压器匝比的方法来实现进一步升压，这样就增加了功率装置的体积和重量。本文提出一种新型非隔离式的单级升压DC/AC变换电路，电路拓扑由两个Boost电路合并而成，可以通过不断改变Boost电路的占空比D来获得幅值高于直流出入电压的正弦波输出。本文对主电路原理进行了理论分析，并且采用SPWM调制方法对电路进行了仿真和实验研究，实验结果比较理想。
1 电路拓扑及工作原理分析
1.1 拓扑结构
图1所示为双Boost DC/AC变换电路组成。电源Udc、开关S1、S2电感L1和电容C1、电阻R组成Boost1变换电路。电源Udc、开关S3、S4、电感L2和电容C2、电阻R组成Boost2变换电路。主电路结构左右对称，C1=C2 ，L1=L2，负载R串接在两个变换器中间。通过控制双向开关的导通与关断，使两个Boost电路交替工作，从而在负载上取得交流工作电压输出的效果。功率开关S1~S4均为由MOSFET和二极管组成的能量可双向流动的可控开关。
1.2工作原理分析
图2示出双Boost DC/AC逆变器控制的工作原理。将主电路左右分解为两个升压电路的输出波形U01和U02均为形如正弦的直流电压，变换规律一致，但相位相差180°，因此，当二者共同作用于R上时，能在负载上产生工频交流输出电压U0
U0=U01-U02 (1)
U01、U02、U0的波形如图3所示。
相关理论分析如下，就Boost DC/DC变换器而言，在电流连续的工作状态下，其平均电压间关系可表示为：U0/Udc=1/1-D (2)
两者相位差为180°，则Boost逆变器的输出电压为
图2 电路原理图
图3 原理分析图
增益为
根据式(4)可知，改变开关的占空比D可以达到控制负载电压升与降得目的。
Boost逆变器的增益特性如图4所示。可以看出在D为0.5时，增益为0。如果控制占空比D在0.5左右变化，就可以得到交流电压输出。
2 软件仿真和实验结果
采用SPWM调制方法对主电路进行了仿真和实验研究，实验和仿真结果验证了理论分析的正确性。
图4 直流增益特性
2.1 软件仿真结果及分析
SPWM调制波由正弦波给定和三角载波调制而成，4个开关管的触发脉冲逻辑搭配关系为
由此可知，在产生一路SPWM触发脉冲后，经过简单的信号分配即可。这相对于两套电路两套触发脉冲发生逻辑的方案较为简单，在工程中也较易实现。
仿真参数：载波频率为50kHz;调制波频率为50Hz。L1=L2=800μH，C1=C2=5μF，负载R=600Ω。图5a仿真波形为左右两套Boost电路产生的电压U01、U02与负载电压U0的关系。图5b为SPWM调制中给定正弦波Ug与输出电压U0跟踪关系对照。
2.2 实验结果
最后对分析及仿真结果的正确性进行了实验验证。试验参数与仿真参数相同，图6所示为实验波形。图6a为单级逆变器的给定内压Ug和输出电压U0;图6b为输出电压U0和输出电流I0波形。有图可见，实验结果与仿真结果取得了较好的吻合。 |
