開關(guān)電源基本控制策略以及變壓器磁通的復(fù)位

變壓器磁通的復(fù)位

輔助繞組復(fù)位

變壓器磁通復(fù)位 = = 磁能的泄放 = = 激磁電感續(xù)流

如圖所示，開關(guān)閉合，輸入電壓給變壓器激磁電感勵(lì)磁，建立磁通;開關(guān)關(guān)斷，激磁電感電流無(wú)處釋放，因此磁芯無(wú)法復(fù)位。

理想變壓器知識(shí)傳遞磁能，本身并不儲(chǔ)存磁能，激磁電感無(wú)限大

實(shí)際變壓器存在激磁電感

繞組換流時(shí)，由于存在漏感，開關(guān)電壓尖峰

復(fù)位磁能返回電源

RCD鉗位電路復(fù)位(正激變換器)

電路如圖所示，RCD復(fù)位電容電壓相當(dāng)于一個(gè)小反激電路輸出

RCD鉗位電路具有磁復(fù)位的功能

可鉗位原邊繞組及開關(guān)電壓

變壓器復(fù)位磁通能由電阻Rr消耗

RCD鉗位電路復(fù)位(反激變換器)

反激電路理論上可以實(shí)現(xiàn)自身復(fù)位，通過(guò)副邊輸出電壓進(jìn)行復(fù)位，因此不需要磁復(fù)位電路。但是變壓器存在漏感，漏感電流同樣需要泄放，否則引起電壓尖峰

反激電路中的RCD電路用于變壓器漏感磁通的復(fù)位

復(fù)位磁能由復(fù)位電阻消耗

諧波與功率因數(shù)校正技術(shù)

諧波

電子領(lǐng)域：由非線性器件引起波形失真

電工領(lǐng)域：由負(fù)載阻抗引起相位偏移

輸出電容C越大，輸出電壓越穩(wěn)定，但電流脈沖越窄，THD越大

同樣負(fù)載功率下，電流脈沖越窄，電流峰值越大，造成損耗越大

電流波形失真會(huì)通過(guò)電網(wǎng)阻抗影響電源質(zhì)量

PFC(功率因數(shù)校正)基本原理

功率因數(shù)校正的目的：使得輸入電流與輸入電壓波形相同，即使得電流能跟蹤電壓的波形變化

由于輸入電壓為正弦交流，大小在0-Vm之間變化，因此首先需要選擇升壓(Boost)電路，且Vo>Vm

Boost電路CCM工作模式：固定頻率Ts，改變占空比D，控制電感電流平均值跟隨正弦電壓。電感大，電流紋波小，控制復(fù)雜，二極管反向恢復(fù)。

Boost電路DCM工作模式：固定頻率Ts和導(dǎo)通時(shí)間ton，改變斷續(xù)時(shí)間。因?yàn)閠on固定，電感電流自動(dòng)上升至與電感電壓成比例的值，之后下降到零，保證電感電流平均值與電壓成比例。電感小，電流紋波最大，控制簡(jiǎn)單，沒有二極管反向恢復(fù)。

Boost電路CRM工作模式：固定導(dǎo)通時(shí)間ton，電感電流自動(dòng)上升至與電感電壓成比例;之后電流下降為零時(shí)，開關(guān)管閉合。電感小，電流紋波大，開關(guān)管電流過(guò)零時(shí)導(dǎo)通，二極管過(guò)零時(shí)關(guān)斷，頻率變化。

開關(guān)電源基本控制策略

控制的目的

控制目的：

保持輸出穩(wěn)定。 由于電源電壓和負(fù)載的變化，輸出電壓會(huì)隨之變化，因此需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制，以保證輸出電壓的穩(wěn)定或獲得所需的輸出電壓

實(shí)現(xiàn)某種特定功能。 如DC/DC電源的PFC控制，太陽(yáng)能逆變器的MPPT控制

控制的要求：

輸出穩(wěn)定

在各種 “干擾”情況下不能失控

對(duì)輸出波動(dòng)的影響小

對(duì)干擾的快速響應(yīng)

被控制量： 輸出電壓，或輸出電流，或輸入電流，或輸入阻抗

控制量： 開關(guān)的動(dòng)作

滯環(huán)控制(Bang-Bang)

只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器，成本低

控制策略十分簡(jiǎn)單，預(yù)制驅(qū)動(dòng)，不需要反饋

穩(wěn)定性強(qiáng)，只要不超過(guò)環(huán)寬

開關(guān)工作頻率是變化的，環(huán)寬越窄，頻率越高;負(fù)載變化越快，頻率越高

控制策略本身需要一定的輸出電壓紋波

由于難以幫助電感電壓的伏秒平衡，需要額外電路

具有過(guò)流保護(hù)功能

恒定導(dǎo)通時(shí)間控制

控制簡(jiǎn)單，閾值驅(qū)動(dòng)，本身穩(wěn)定

電路簡(jiǎn)單，成本低

通過(guò)設(shè)定最小關(guān)斷時(shí)間，保證電感復(fù)位

頻率是變化的

控制策略本身需要一定的輸出電壓紋波

本身沒有過(guò)流保護(hù)功能，因?yàn)闆]有檢測(cè)電流峰值

電壓控制模式

直接調(diào)節(jié)占空比D，控制輸出電壓Vo=D*Vi

電路實(shí)現(xiàn)：

采用誤差放大器產(chǎn)生誤差信號(hào)

采用振蕩器產(chǎn)生給定頻率脈沖

通過(guò)RC充放電電路產(chǎn)生給定斜波電壓

通過(guò)比較器將被控量與鋸齒波比較

產(chǎn)生PWM波控制開關(guān)占空比

特點(diǎn)：

電壓控制是最傳統(tǒng)的PWM控制

開關(guān)頻率固定

簡(jiǎn)單的反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)精確控制，沒有滯環(huán)本身誤差

可能存在控制穩(wěn)定性問題

如負(fù)載較輕，從CCM(線性模型)進(jìn)入DCM(非線性模型)時(shí)存在穩(wěn)定性問題

電壓控制模式(峰值控制)

電路實(shí)現(xiàn)：

電感電流波形(紋波與平均值)與輸入電壓、輸出電壓以及占空比有關(guān)

采用誤差放大器產(chǎn)生誤差信號(hào)

將電壓控制模式的斜波參考電壓改為電感電流信號(hào)

開關(guān)峰值電流可以表征輸出電流平均值

特點(diǎn)：

頻率固定

電感電流隨著輸入電壓增加而增加，因此對(duì)輸入電壓的變化響應(yīng)是瞬時(shí)的

對(duì)負(fù)載的變化，要通過(guò)電感電流起作用，有延遲

平均電流控制

電路實(shí)現(xiàn)：

采用誤差放大器產(chǎn)生電壓誤差信號(hào)

采用振蕩器產(chǎn)生給定頻率脈沖

將電壓誤差信號(hào)與電感電流信號(hào)比較后，再與給定PWM斜波電壓比較

特點(diǎn)：

直接檢測(cè)和由平均電流來(lái)控制，效果好

需要檢測(cè)電感完整波形，檢測(cè)復(fù)雜，不如峰值電流檢測(cè)靈活方便

由于有“平均”環(huán)節(jié)，抗噪聲能力強(qiáng)

需要高增益放大器，成本高

電源輸出的穩(wěn)定與調(diào)整率

電源穩(wěn)定性的要求

控制的目的： 提供一個(gè)不受干擾的穩(wěn)定和精確的電源輸出

實(shí)現(xiàn)思路： 通過(guò)一個(gè)高增益控制系統(tǒng)來(lái)保證輸出電壓跟隨參考電壓

穩(wěn)定問題： 對(duì)于高增益，很小的誤差信號(hào)可能調(diào)整很大的輸出電壓，即很“靈敏”，當(dāng)系統(tǒng)是穩(wěn)定時(shí)，將迫使誤差為零，即輸出電壓很穩(wěn)定。但是對(duì)高增益的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)楦咴鲆嬉馕吨鴮?duì)微小的擾動(dòng)都會(huì)做出反應(yīng)

干擾信號(hào)特性：

強(qiáng)弱：一般為微小信號(hào)，信號(hào)越大，說(shuō)明干擾越強(qiáng)

快慢：任何一個(gè)干擾信息可以通過(guò)FFT分解為不同頻率的各次諧波的合成，頻率越高，說(shuō)明干擾越快

穩(wěn)定性指標(biāo)： 經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)的反應(yīng)后，干擾會(huì)發(fā)生變化

大小變化：增益

相位變化：相移

電源的調(diào)整率

負(fù)載調(diào)整率： 電源負(fù)載的變化會(huì)引起電源輸出的變化，負(fù)載增加，輸出電壓會(huì)降低，相反負(fù)載減少，輸出電壓升高。好的電源負(fù)載變化引起的輸出變化減到最低，通常指標(biāo)為3%~5%。負(fù)載調(diào)整率實(shí)際上就反應(yīng)了電源的內(nèi)阻抗，好的電源輸出接負(fù)載時(shí)電壓降小。負(fù)載調(diào)整率=(滿載時(shí)輸出電壓-半載時(shí)輸出電壓)/額定負(fù)載時(shí)輸出電壓。

電源調(diào)整率： 定義為電源供應(yīng)器輸入電壓變化時(shí)提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。電源調(diào)整率通常以一正常規(guī)定負(fù)載下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差的百分比，即(Vo(最大)-Vo(最小))/Vo(正常)。

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