PSFB 原邊峰值電流控制精確控制輸出電流大小的方法

在電力電子領(lǐng)域，隨著對(duì)電源系統(tǒng)性能要求的不斷提高，如何精確控制輸出電流大小成為了關(guān)鍵技術(shù)問題。移相全橋(PSFB)變換器因其具有軟開關(guān)特性、高效率等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用中得到了廣泛采用。而原邊峰值電流控制作為 PSFB 變換器中的一種重要控制策略，對(duì)于精確控制輸出電流大小有著獨(dú)特的原理和方法。

一、PSFB 變換器工作原理基礎(chǔ)

PSFB 變換器主要由四個(gè)功率開關(guān)管、變壓器、輸出整流濾波電路等部分組成。在工作過程中，四個(gè)開關(guān)管按照一定的移相順序?qū)ê完P(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電能從輸入側(cè)到輸出側(cè)的高效轉(zhuǎn)換。變壓器在其中起到了電壓變換和電氣隔離的重要作用，輸出整流濾波電路則將變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓輸出。

二、原邊峰值電流控制原理

原邊峰值電流控制的基本原理是通過檢測 PSFB 變換器原邊電流的峰值，并與一個(gè)給定的參考電流值進(jìn)行比較。當(dāng)原邊電流達(dá)到峰值時(shí)，控制電路會(huì)發(fā)出信號(hào)，關(guān)斷相應(yīng)的開關(guān)管。這種控制方式的核心在于，通過精確調(diào)節(jié)原邊電流的峰值，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流大小的控制。

具體來說，在 PSFB 變換器的一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，原邊電流從零開始線性上升，當(dāng)電流上升到參考電流值所對(duì)應(yīng)的峰值時(shí)，開關(guān)管被關(guān)斷，電流開始下降。通過調(diào)整參考電流值的大小，就可以改變?cè)呺娏鞯姆逯担M(jìn)而影響到變壓器的能量傳輸，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的精確控制。

三、精確控制輸出電流大小的關(guān)鍵因素

(一)電流檢測精度

精確的電流檢測是實(shí)現(xiàn)原邊峰值電流控制精確控制輸出電流大小的基礎(chǔ)。目前常用的電流檢測方法有電阻采樣法和電流互感器法等。電阻采樣法簡單直接，但會(huì)引入一定的功耗;電流互感器法具有較高的隔離性能，但在高頻應(yīng)用時(shí)可能存在精度問題。為了提高電流檢測精度，需要選擇合適的檢測元件，并對(duì)檢測電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如采用高精度的采樣電阻、低失調(diào)的運(yùn)算放大器等，同時(shí)還需要考慮溫度、噪聲等因素對(duì)檢測精度的影響，采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。

(二)參考電流生成與調(diào)節(jié)

參考電流的生成和調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)精確控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。參考電流可以由外部的控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求給出，也可以通過內(nèi)部的反饋電路根據(jù)輸出電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算生成。在實(shí)際應(yīng)用中，需要確保參考電流的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。例如，在恒流輸出的應(yīng)用場景中，參考電流需要保持恒定;而在一些需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)輸出電流的場合，參考電流則需要能夠快速、準(zhǔn)確地跟隨控制信號(hào)的變化。這就要求參考電流生成電路具有良好的響應(yīng)速度和精度。

(三)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)與控制

開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)和控制直接影響到原邊電流的上升和下降速度，進(jìn)而影響到輸出電流的控制精度。為了實(shí)現(xiàn)精確的原邊峰值電流控制，開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)需要具有快速的上升沿和下降沿，以確保開關(guān)管能夠快速導(dǎo)通和關(guān)斷。同時(shí)，控制電路需要能夠準(zhǔn)確地檢測到原邊電流的峰值，并及時(shí)發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，避免電流過沖。此外，還需要考慮開關(guān)管的導(dǎo)通電阻、寄生電容等參數(shù)對(duì)電流控制的影響，通過優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路和控制算法來減小這些影響。

(四)變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)

變壓器作為 PSFB 變換器中的重要元件，其參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)輸出電流的控制精度也有著重要影響。變壓器的變比決定了原邊和副邊的電壓、電流關(guān)系，合適的變比能夠確保在給定的原邊電流峰值下，輸出電流滿足設(shè)計(jì)要求。此外，變壓器的漏感、勵(lì)磁電感等參數(shù)也會(huì)影響到原邊電流的波形和能量傳輸效率。較小的漏感可以減少電流尖峰和能量損耗，有利于提高電流控制精度;而合適的勵(lì)磁電感則能夠保證變壓器在正常工作范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

PSFB 原邊峰值電流控制通過精確控制原邊電流峰值，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流大小的精確控制。但在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮電流檢測精度、參考電流生成與調(diào)節(jié)、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)與控制、變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)等多個(gè)關(guān)鍵因素，并應(yīng)對(duì)負(fù)載變化、干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定性等挑戰(zhàn)。通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)控制策略和電路設(shè)計(jì)，PSFB 原邊峰值電流控制技術(shù)將在電力電子領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，滿足各種高精度電源系統(tǒng)的需求，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。