電壓型大功率開關(guān)電源補償網(wǎng)絡(luò)的分析

引言

    電壓型單環(huán)回路控制簡單，在各個領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。應(yīng)用于小功率開關(guān)電源時，補償網(wǎng)絡(luò)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： 

  圖3電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)幅頻特性曲線

    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(yīng)當考慮電流的大小，以適應(yīng)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(yīng)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。

2、系統(tǒng)的分析和設(shè)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。

    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(luò)

3、加入補償網(wǎng)絡(luò)

    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(yīng)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。