Abstract：Novel circuit configuration of the Buck-Boost mode regulated sinusoidal ac power supply is constituted of input cycloconverter, high frequency storage transformer, output cycloconverter, input and output filters. The unsteady input AC voltage with high harmonic can be transformed into the steady sinusoidal voltage with low harmonic. The circuit topology and control strategy are analyzed in this paper. Principle test results show that the Buck-Boost mode regulated sinusoidal ac power supply has many advantages such as strong load adaptability, perfect voltage-regulation performance and good output sinusoidal waveforms.

Keyword：regulated sinusoidal ac power supply；buck-boost mode；cycloconverter

1　引 言

　　由于我国交流电网的电压波动较大，特别是边远农村地区，交流稳压电源已成为许多电子设备不可缺少的供电装置[1]。按照工作原理，交流稳压电源可分为参数调整（谐振）型[2]、自耦（变比）调整型[3]、大功率补偿型[4、5]和开关型[6、7]等四种类型，其典型电路如图1所示。　

　　参数调整（谐振）型交流稳压电源，是利用电路非线性元器件对电路中的电压和电流进行调整，从而实现输出电压的稳定。该类交流稳压电源具有电路简单、稳定精度高、抗干扰性强和输入电压范围宽等优点，但存在输出波形THD高、电路元器件对工作频率非常敏感、输入功率因数很低、输出容量难以做大、无电气隔离等缺陷。

　　自耦（变比）调整型交流稳压器，是以自耦变压（调压）器为基础实现稳压功能的。该类交流稳压器具有电路简单、输入电压范围宽等优点，但存在输出波形THD高、稳压精度较低、体积重量大等缺陷。

　　大功率补偿型交流稳压电源，是把线性变压器串联在输入端和输出端的主电路中，控制该变压器初级电压的大小和极性，利用其次级电压对输入电压进行补偿，从而实现输出电压的稳定。该类交流稳压器具有输出容量大、对电网适应能力好、效率高等优点，但存在输出波形THD高、输出与输入无电气隔离、动态性能差等缺陷。

　　开关型交流稳压电源，将输入电网电压整流后得到脉动直流电压，然后通过高频PWM技术逆变为交流电压，再经过相位跟踪和转换电路后获得与输入侧同频同相的补偿电压，加在输入与输出之间，从而实现输出电压的稳定。开关型交流稳压电源，具有稳压性能好、控制功能强、电路偏复杂、价格较高等特点。

2　新颖的Buck-Boost型正弦交流稳压器的电路拓扑

　　新颖的Buck-Boost型正弦交流稳压器的电路结构[8]，由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，能够将一种不稳定的劣质交流电变换成另一种同频稳定的优质正弦交流电，具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换（LFAC/HFAC/LFAC）、双向功率流、网侧功率因数高、功率密度高、变换效率高、负载适应能力强、音频噪音低、可靠性高等优点。其单四象限功率开关式电路拓扑，如图2所示。

图2单四象限功率开关式电路拓扑

　　当电网向负载传递功率时，输入周波变换器将不稳定的、劣质的低频交流电压调制成高频脉动电流，输出周波变换器将高频脉动电流解调，通过输出滤波电容滤波后得到优质的、稳定的低频交流电压；当负载向电网回馈能量时，输出周波变换器工作在调制状态，输入周波变换器工作在解调状态。

3　控制方案

　　新颖的Buck-Boost型正弦交流稳压器，采用具有输入电压极性和工作模式选择的电压瞬时值反馈控制方案，其感性负载时的原理波形如图3所示。图中iL21为高频储能式变压器的副边电感电流iL2的基波分量。通过调节PWM信号的占空比，即可实现正弦交流稳压器输出电压的稳定。输出滤波电容与负载的并联阻抗等效为感性、容性、阻性时，正弦交流稳压器的工作模式顺序分别为A-B-C-D、D-C-B-A、A-C。

图3电压瞬时值反馈控制原理波形

4　原理试验

　　设计实例：单四象限功率开关式电路拓扑，输出电压瞬时值反馈控制方案，DCM工作模式，额定容量S=500VA，输入电压220V±10%（50Hz），输出电压220V（50Hz），开关频率Fs=50kHz，负载功率因数cosФL=－0.75~+0.75，高频储能式变压器L1/L2=120μH/120μH，最大占空比Dmax=0.5，输入滤波电感L=10μH，输入滤波电容C=50μF，输出滤波电容Cf=10μF。

　　不同输入电压和负载时，500VA 220V±10%50Hz/220V50Hz Buck-Boost型正弦交流稳压器的原理试验波形，如图4所示。原理试验结果表明：Buck-Boost型正弦交流稳压器工作时存在四种DCM模式A、B、C、D；输出电压波形THD含量低；负载适应能力强；稳压性能好。试验结果与理论分析一致。

5　结 论

　　新颖的Buck-Boost型正弦交流稳压器的电路结构，由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，能够将一种不稳定的劣质交流电变换成另一种同频、稳定的优质正弦交流电，具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换（LFAC/HFAC/LFAC）、双向功率流、网侧功率因数高、功率密度高、变换效率高、音频噪音低、可靠性高等优点。采用输出电压瞬时值反馈控制方案，Buck-Boost型正弦交流稳压器具有强的负载适应能力、优良的稳压性能和高质量的输出正弦波形等优点。原理试验结果与理论分析一致。


参考文献

1. 张乃国，“实用电源技术手册”（交流稳定电源分册），辽宁科学技术出版社，1999.
2. 林周布，“线性谐振型交流稳压技术的分析与研究”，《电源技术应用》，1999，Vol.2，No.6，pp.5～10.
3. 钱宁生，“自耦调整型交流稳压电源的原理与设计”，《电源技术应用》，1999，Vol.2，No.6，pp.23～26.
4. 严振华等，“一种新型微机控制交流稳压电源”，《电力电子技术》，1998，Vol.32，No.4，pp.72～74.
5. 沈祖冀，“新颖的高性能交流稳压电源”，《电力电子技术》，2001，Vol.35，No.3,pp.31～32.
6. Joao C.de Oliveira et al,“A serial regulator using a soft switching PWM AC/AC full-bridge converter”,IEEE PESC，1999,vol.1,pp.193～198.
7. Joao C.de Oliveira et al,“A proposed of an AC/AC serial regulator using a capacitor as the serial component”，IEEE APEC，2000,vol.2,pp.875～879.
8.李磊，“高频交流环节AC/AC变换器研究”，南京航空航天大学博士学位论文，2004.