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Buck斩波器控制补偿电路的设计

发布时间:2020-07-21 18:41:27 阅读: 来源:离心玻璃棉厂家

1 引言 感应加热电源的调功方法有很多,在进一步提高功率和逆变器的工作频率时,一般选择在整流侧调功。而斩波调功在直流电压下工作,供电功率因数高,对电网的谐波干扰小,电路的工作频率高[1],而且与逆变器控制分开,使系统更加稳定可靠,故适用于电压型逆变器使用。 在斩波调功的感应加热电源中,逆变电源的功率控制主要是转化为Buck斩波器的功率控制,即通过改变Buck斩波器的驱动脉冲来调节输出电压,从而调节电源的输出功率。但是Buck斩波器输出电压可能有偏差,环路设计就变成一项很重要的工作,它关系到电路的稳定性、响应速度、动态过冲等指标[2]。本文在分析基于功率控制的Buck斩波器的小信号模型和反馈控制模式的基础上,探讨了反馈控制的传递函数和环路参数的设计。

本文引用地址: 基于功率控制的Buck变换器分析

图1 Buck变换器功率闭环控制原理图

如图1所示,Buck变换器的功率控制包括3个部分,Buck斩波器、误差放大器和PWM脉冲调节器。其中,Buck斩波器反映了电源本身的特性,通过建模的方法可以分析其输入到输出、控制到输出的特性;误差放大器和PWM脉冲调节器构成反馈环节,误差放大器实质上是一个补偿网络,将给定信号与输出信号的差值放大,通过PWM脉冲调节器调节占空比d(t),最终可以调节输出电压VO,使输出稳定在给定值上。 整个功率控制环的设计可以等价为对Buck斩波器控制器设计。因此,必须首先建立控制对象――Buck斩波器在电感电流连续(CCM)模式下的小信号模型。

图2 Buck变换器电路拓扑

图2为设定Buck电路工作于电感电流连续状态(CCM),应用三端PWM平均模型方法[3],并考虑电感电阻rL和电容的ESR RC。图2中虚线框内部分为三端PWM模型,由开关管S、二极管DF和续流二极管D组成。其中,ia和ic分别代表ia(t)、ic(t)的平均变量,vap和vcp分别代表vap(t)、vcp(t)平均变量。ia(t)和ic(t)为流入a端和流出c端的电流瞬时变量,vap(t)和vcp(t)为端口ap和cp的电压瞬时变量,它们是时间的函数。将主开关管等效成受控电流源形式,二极管DF等效成受控电压源形式,由此可以得出如图3中虚线所示的三端PWM开关模型。

图3 CCM模式下的Buck变换器小信号模型

当不考虑电感内阻(通常可省略)时,可以得到Buck变换器占空比到输出的传递函数

――滤波电容的ESR 根据得到的Buck变换器的小信号模型,利用Matlab软件分析了其频率特性如图4和图5所示。图4和图5对比分析可以看出,受高频ESR的影响,在穿越频率处又产生一个相位滞后角,同时使幅频特性的斜率由-2变成-1。从整体来看,系统的低频增益低,相角裕度。

图4 不考虑ESR时的Bode图

图5 考虑ESR零点时的Bode图DIY机械键盘相关社区:机械键盘DIY

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