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電壓型PWM逆變控制系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)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(shè)計(jì)

解決方案:

  • 加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)


電壓型單環(huán)回路控制簡(jiǎn)單,在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。應(yīng)用于小功率開(kāi)關(guān)電源時(shí),補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)單地用分壓反饋與基準(zhǔn)放大比較來(lái)實(shí)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(fù)調(diào)試,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文就這個(gè)問(wèn)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(jìn)行濾波。大多數(shù)逆變系統(tǒng)輸出是直流電壓,也就是說(shuō),系統(tǒng)輸出和調(diào)節(jié)的是直流電壓量,當(dāng)然逆變變壓器副邊還有整流電路。脈寬調(diào)制(PWM)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源就是只對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣,實(shí)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(duì)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(hào)來(lái)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(duì)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(huà)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(S)H(S)由下式給出:

其最大缺點(diǎn)是:控制過(guò)程中電源電路內(nèi)的電流值沒(méi)有參與進(jìn)去。

眾所周知,開(kāi)關(guān)電源的輸出電流是要流經(jīng)電感的,故對(duì)于電壓信號(hào)有90度的相位延遲,然而對(duì)于穩(wěn)壓電源來(lái)說(shuō),應(yīng)當(dāng)考慮電流的大小,以適應(yīng)輸出電壓的變化和負(fù)載的需求,從而達(dá)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(hào)變化時(shí),會(huì)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(shè)計(jì)

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(gè)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(guò)L(ω)=0這條線.在這個(gè)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(diǎn)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(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的要求,就要使在該系統(tǒng)中就要進(jìn)行校正。顯然,在中頻段,加一個(gè)串聯(lián)的超前校正環(huán)節(jié)(有源或無(wú)源)如圖4,就能使其開(kāi)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(bǔ)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(guò)電容電壓的超前從而使反饋能瞬時(shí)反映出輸出電壓的變化。由于R1,R2的比值很大,通過(guò)在R2的兩端并聯(lián)一個(gè)電容來(lái)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。

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