電壓型大功率開關(guān)電源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分析

引 言

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，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(diǎn)是：控制過程中電源電路內(nèi)的電流值沒有參與進(jìn)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(duì)于電壓信號(hào)有90度的相位延遲，然而對(duì)于穩(wěn)壓電源來說，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。

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(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，通過在R2的兩端并聯(lián)一個(gè)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