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電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)補償網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn)

發(fā)布時間:2012-01-12

中心議題:

  • 電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
  • 電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)的分析和設計

解決方案:

  • 加入補償網(wǎng)絡


電壓型單環(huán)回路控制簡單,在各個領(lǐng)域應用最為廣泛。應用于小功率開關(guān)電源時,補償網(wǎng)絡可以簡單地用分壓反饋與基準放大比較來實現(xiàn)。而在大功率電路中校正的難度很大,精度不足。目前僅滿足于反復調(diào)試,費時費力。本文就這個問題作一探討。

1、電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

逆變控制系統(tǒng)的最終輸出可以是直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、頻率或功率,在輸出部分需進行濾波。大多數(shù)逆變系統(tǒng)輸出是直流電壓,也就是說,系統(tǒng)輸出和調(diào)節(jié)的是直流電壓量,當然逆變變壓器副邊還有整流電路。脈寬調(diào)制(PWM)型開關(guān)穩(wěn)壓電源就是只對輸出電壓進行采樣,實行閉環(huán)控制,這種控制方式屬電壓控制型,是一種單環(huán)控制系統(tǒng)。

對于這些系統(tǒng),其反饋量就是輸出電壓的一定比例值,用給定電壓與反饋電壓的誤差信號來調(diào)節(jié)PWM脈沖的寬度,我們通常把這種逆變控制系統(tǒng)稱作電壓型PWM控制系統(tǒng)。對于大部分電壓型PWM逆變控制系統(tǒng),不論是直流輸出還是交流輸出,其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖都可以統(tǒng)一地畫成如圖1所示的形式。


圖1電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)

該逆變系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(S)H(S)由下式給出:

其最大缺點是:控制過程中電源電路內(nèi)的電流值沒有參與進去。

眾所周知,開關(guān)電源的輸出電流是要流經(jīng)電感的,故對于電壓信號有90度的相位延遲,然而對于穩(wěn)壓電源來說,應當考慮電流的大小,以適應輸出電壓的變化和負載的需求,從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的,因此僅采用輸出電壓采樣的方法,其響應速度慢,穩(wěn)定性差,甚至在大信號變化時,會產(chǎn)生振蕩,造成功率管損壞等故障。
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2、系統(tǒng)的分析和設計

誤差放大器(或調(diào)節(jié)器)若是比例環(huán)節(jié),式(6.12)和(6.13)都是二階的,即系統(tǒng)是二階系統(tǒng)。二階系統(tǒng)是一個有條件的穩(wěn)定系統(tǒng)。另外,由于輸出濾波參數(shù)LC一般比較大,頻率參數(shù)比較低。所以,系統(tǒng)在中頻段是以-40dB/dec的斜率穿過L(ω)=0這條線.在這個系統(tǒng)中,即使采用PI調(diào)節(jié)器,也只是為了減小穩(wěn)態(tài)誤差。所以,零點也很低,中頻段仍然以-40dB/dec的斜率穿越零線,如圖3所示。


圖3電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)幅頻特性曲線

為了使系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)性能和穩(wěn)定性的要求,就要使在該系統(tǒng)中就要進行校正。顯然,在中頻段,加一個串聯(lián)的超前校正環(huán)節(jié)(有源或無源)如圖4,就能使其開環(huán)幅頻特性的低、中、高頻段都能滿足要求,如圖4所示。


圖4校正網(wǎng)絡

3、加入補償網(wǎng)絡

分壓反饋處,由于電感電壓滯后,所以在反饋處將R1兩端并聯(lián)一條電阻和電容的支路,通過電容電壓的超前從而使反饋能瞬時反映出輸出電壓的變化。由于R1,R2的比值很大,通過在R2的兩端并聯(lián)一個電容來感應輸出的微弱變化。

其幅頻特性曲線如下:

加校正環(huán)節(jié)的電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)幅頻特性曲線。

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