本文对耦合电感大变比SWISS整流器的拓扑结构、工作原理、小信号模型、分数阶控制策略及输入侧滤波器部分进行了详细地研究。在Matlab/Simulink平台上搭建仿真电路进行仿真分析，验证模型的正确性、LLCL滤波器性能及分数阶PI控制器性能的优越性。

第1章 绪论

1.2  国内外研究现状

1.2.1  SWISS整流器拓扑结构研究现状

（1）SWISS整流器基本拓扑结构

SWISS整流器基本结构由瑞士联邦苏黎世理工学院的教授在文献[14]中首次提出。文献中从已知的单相PFC整流器系统和无源三相二极管整流器出发，推导出了具有正弦输入电流和可控输出电压的三相PFC整流器拓扑结构并介绍了它们的功能和基本控制策略，最后将其命名为SWISS整流器。

SWISS整流器的基本结构如图1-1所示，其主要由输入滤波模块E、三相不可控整流桥F、谐波电流注入网络G、降压输出电路几部分组成。SWISS整流器的整流部分即三相不可控整流桥由六个单向导通的二极管构成。谐波电流注入网络由三组并联的共射极双向IGBT管构成，负责给系统注入3次谐波，双向开关管的频率为电源频率的3倍。降压输出电路由两个高频开关管和快恢复二极管构成，负责降压输出部分。整流器的三部分之间相互配合可以大幅度降低直流输出侧电压的纹波并保证网侧电流的正弦度[15]。

第3章 耦合电感大变比SWISS整流器的建模与控制

3.1  耦合电感大变比SWISS整流器的建模

3.1.1  状态空间平均法

状态空间平均法的基本原理是针对非线性系统在一个工作周期内的不同工作模态列出其状态方程。然后根据每个模态的占空比对状态方程进行加权平均处理，从而建立近似的线性化模型并对其稳态和小信号模型进行分析。由于大变比SWISS整流器中存在高频开关管S1、S2，所以满足小信号分析的条件。

利用状态空间平均法对变换器进行建模首先需要列出变换器在每个模态下的状态空间方程，状态空间方程是一组表达变换器工作状态的微分方程[32]。由于变换器中存在开关器件，所以在开关处于不同的工作状态时，变换器的拓扑结构会发生改变。但由于变换器中包含有电感、电容等储能元件在开关切换时变换器的拓扑结构可以认为是不改变的，此时的变换器可以看作一个线性系统并能够用线性微分方程表示。

第5章 仿真结果分析及实验验证

5.1  耦合电感大变比SWISS整流器的仿真模型

根据第二章中对耦合电感大变比SWISS整流器拓扑结构的分析，在Matlab/Simulink中搭建如图5-1所示的耦合电感大变比SWISS整流器的仿真模型。图中三相输入电压后接一个电压电流检测模块，紧接着是输入滤波电感和电容，然后是三相不可控整流桥，上下两个高频开关，中间的是谐波电流注入模块，然后是耦合电感，最后是输出滤波电容和负载电阻。

耦合电感大变比SWISS整流器的控制模块如图5-2所示。将主电路电压电流检测模块输出的三相电压值进行比较可得到电压为中间值的那一相，并将信号传递给谐波开关注入网络来控制导通和关断。主电路输出的电压值和电流值经过电压环和电流环的分数阶控制器与输入三相仿真结果分析及实验验证电压的最大值和最小值相乘再和三角波调制即可得到高频开关的导通信号。耦合电感大变比SWISS整流器的仿真模型参数如表5-1所示。

5.2  谐波注入开关及高频开关仿真分析

在本文第二章中介绍了为使高频开关均关闭时，输出电感可以达到续流的目的，在谐波注入开关的控制策略上进行了改进。改进后的各相谐波注入开关在一个电源周期内的导通状态对比传统SWISS整流器如图5-3所示。

结论

本文所研究的基于耦合电感的大变比SWISS整流器作为传统SWISS整流器的拓扑结构，具有开关损耗小、效率高、谐波畸变率低等优点。不同于传统SWISS整流器适用于高电压输入、高电压输出的场合，耦合电感大变比SWISS整流器在低电压输出时高频开关可以工作于更高的占空比，避免极限占空比的情况。本文对耦合电感大变比SWISS整流器的拓扑结构、工作原理、小信号模型、分数阶控制策略及输入侧滤波器部分进行了详细地研究。在Matlab/Simulink平台上搭建仿真电路进行仿真分析，验证模型的正确性、LLCL滤波器性能及分数阶PI控制器性能的优越性。本文获得的结论及成果如下：

（1）对传统SWISS整流器直流输出侧的拓扑结构进行改进，用耦合电感代替直流输出侧电感，从而实现大变比降压的功能。对整流器谐波注入网络的拓扑结构和控制策略进行了改进，避免换相时谐波注入开关出现死区，同时耦合电感稳定续流为负载供电，使整流器输出电压电流的波形得到优化。仿真结果表明，在输出相同100V电压时，传统 SWISS整流器高频开关最大占空比为0.2，而大变比SWISS整流器高频开关最大占空比为0.6，占空比扩大了三倍，实现了占空比的扩展。同时，稳态输出方面传统SWISS整流器输出电压电流纹波分别为0.6V和1.5A，而大变比SWISS整流器输出电压电流纹波分别为0.2V和0.9A，稳态输出方面性能得到提升。

（2）建立大变比SWISS整流器的小信号模型，推导出控制系统电流环和电压环的传递函数。由于电流环的动态跟随性能很好，所以在对电流环的PI控制参数整定时，仅考虑提升电流环的跟随性能。对于电压环利用粒子群优化算法进行了分数阶PI控制器参数整定优化，并通过单位阶跃响应曲线的结果验证了分数阶PI控制器在超调量及响应速度等方面的动态性能优于整数阶PI控制器。仿真结果表明，在负载突变和电压突变的工况下，分数阶PI控制器的控制效果优于整数阶PI控制器，验证了分数阶PI控制器应用于大变比SWISS整流器的合理性和有效性。

参考文献（略）