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            現(xiàn)代電力電子技術在高頻二次開關電源中的應用

            作者:陳松伯 張晉 時間:2019-02-26 來源:電子產品世界 收藏

            作者/陳松伯,張晉(湖南工業(yè)大學,湖南 株洲412000)

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201902/397978.htm

              摘要:高頻是一種能量轉換器,其功率器件主要工作在開關狀態(tài)而非放大狀態(tài),整體具有頻率高、體積小、功耗低的特點。其中,DC/DC變換可充當二次電源,將恒定的直流電壓變換成可調的直流電壓,在DC/DC變換中,Buck斬波電路是直流斬波電路中最常用、最簡單的電路拓撲。由于在經典的Buck斬波電路中只要電子元器件的參數(shù)稍有變化,系統(tǒng)即會發(fā)生振蕩現(xiàn)象;另外,系統(tǒng)的穿越頻率設計的過低,將會導致系統(tǒng)的響應速度很慢,本文借助PID補償網(wǎng)絡對其進行調節(jié)校正以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,借助MATLAB進行幅頻域分析,使新系統(tǒng)補償網(wǎng)絡能夠很好的實現(xiàn)靜態(tài)與動態(tài)穩(wěn)定。并通過Saber仿真軟件進行了總體閉環(huán)控制的仿真,實現(xiàn)對原系統(tǒng)的改進工作,并將最終設計好的實物平臺進行驗證達到了預期調壓減噪的作用。

              關鍵詞;;;;

              0 引言

              現(xiàn)階段,電力電子技術得到迅速發(fā)展,電力電子設備與人們的生活也隨之變得日益密切,開關電源技術在此更是處于核心地位 [1-6]。較線性電源相比,其工作在開關狀態(tài)而非放大狀態(tài),可以有效地降低開關損耗問題;較相控電源相比不受功率因數(shù)影響,利用PWM技術來控制IGBT的導通時間占空比來達到穩(wěn)壓作用[7-8]。 DC/DC變換器包括輸入電路、功率變換電路、輸出電路、控制電路組成,既可以調節(jié)輸出電壓,還可以有效地抑制電網(wǎng)側諧波電流噪聲。

              通常將直流斬波(DC/DC)變換器作為二次電源,對其功率密度要求甚高。為了解決傳統(tǒng)開關電源的不穩(wěn)定性問題,現(xiàn)以為研究對象,將其設計方案、拓撲結構進行優(yōu)化,從而提高其穩(wěn)定性和抗干擾性能,進而提高開關電源的可靠性。Buck降壓變換器作為開關電源基本拓撲結構中最簡單的一種,能對輸入電壓進行降壓變換,即輸出電壓低于輸入電壓,由于其具有優(yōu)越的變壓功能,因此可以用于需要直接降壓的場合[9]。本文將在已有的進行參數(shù)改進,對濾波電感和濾波電容重新設計,并加入網(wǎng)絡,通過saber軟件對系統(tǒng)進行仿真驗證,最終實現(xiàn)提高系統(tǒng)響應速度和降低穩(wěn)態(tài)誤差的作用。

              1 Buck電路器件的選型和設計

              1.1 濾波電感的設計

              盡管Buck降壓拓撲電路結構可在不連續(xù)模式下工作,但是一些帶Buck型輸出濾波器的拓撲卻會在不連續(xù)的模式下出現(xiàn)故障[10],因此,對此類輸出濾波器的拓撲,電感的選擇應該保證系統(tǒng)輸出最小規(guī)定電流(通常為額定電流的1/10)時,電感電流也要保持連續(xù),直流電流等于電感電流斜坡峰值一半時對應臨界連續(xù),主電路拓撲如圖1所示。

            nEO_IMG_1.jpg

              圖1中的電感可表示為

            a.jpg

              式中:Vdcn和Ion分別是額定輸入電壓和額定輸出電流;dI為斜坡幅值Vdcn=12 V; Vo=3 V; Io=3 A;T=10-5 s。將其代入式(2)求得L=40 mH。

              1.2 濾波電容的設計

              濾波電容的選擇必須滿足輸出紋波的技術要求,實際所用電容并不必須是理想電容,它可以等效為電阻R和電感L的串聯(lián),頻率在300 kHz~500 kHz范圍以下時電感L值可以忽略(當前設計為100 kHz)不計,這時輸出紋波僅由電阻R和電容C的值決定:

            b.jpg

              2 Buck電路器件的選型和設計

              2.1 原始系統(tǒng)的頻率特性

              (1)設計電壓采樣網(wǎng)絡。在設計IGBT開關調節(jié)系統(tǒng)時,為了更好的消除穩(wěn)態(tài)誤差es,需在系統(tǒng)的低頻段(尤其在直流頻率點處),確保開環(huán)傳遞函數(shù)的幅值遠遠大于1,即此時的直流頻率點系統(tǒng)為深度負反饋系統(tǒng)。對于深度負反饋系統(tǒng),參考電壓Vref與輸出電壓Vo之比是電壓采樣網(wǎng)絡的傳遞函數(shù),即

            c.jpg

              (2)繪制原始系統(tǒng)的Bode圖。此時電路工作于電流連續(xù)模式(CCM),若忽略電容等效串聯(lián)電阻(ESR)的影響,對小信號模型進行分析,可得到Buck斬波電路變換器的傳遞函數(shù)為:

            d.jpg

              其中,交流小信號的電路模型參數(shù)計算如下:

             e.jpg

              其中,f.jpg,交流小信號模型下的 Buck變換器傳遞函數(shù)為:

              3)繪制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的波特圖。由系統(tǒng)的開環(huán)特性可得開環(huán)傳遞函數(shù):

              反向放大器引起了一個-180°固定的相移,這樣就構成了一個原始系統(tǒng),其開環(huán)傳遞函數(shù):

              根據(jù)式(12)、(13)可以繪制開環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻和相頻特性,如圖2所示。

            nEO_IMG_2.jpg

              由圖2可知,當穿越頻率為fc=1.99 kHz時,相位裕度為jM=6°。可以判斷此時的系統(tǒng)是穩(wěn)定的,但是如果改變系統(tǒng)中的參數(shù),此時系統(tǒng)可能會波動而變得不穩(wěn)定,另外,穿越頻率(為1.99 kHz)太低時,系統(tǒng)的響應速度會變得很慢??傊?,只使用一個高增益的反向放大器作為控制器,不能使對象的控制達到穩(wěn)、準、快的要求。因此,該經典電路需進一步改進。

              2.2 補償網(wǎng)絡的設計

              將圖2中的穿越頻率fc=1.99 kHz,相角裕度6°進行改進,在遠遠小于穿越頻率fc處,給予PD補償網(wǎng)絡加入零點fz,此時的開環(huán)傳函超前位移就會變得足夠大,以確保原系統(tǒng)有充足的相位裕度。但是,增加零點fz又帶來了新的問題:例如,如果高頻段增益降低,會使系統(tǒng)的原有斜率從-40 dB/dec上升到-20 dB/dec;可能使相位裕度達到90°,過大的相位裕度會對其他動態(tài)性能不利。此時可在系統(tǒng)大于零點頻率附近再引入一個極點,即使用PD補償網(wǎng)絡來解決以上產生的相角裕度問題。

              PD補償網(wǎng)絡的電路拓撲結構如圖3所示。

            nEO_IMG_3.jpg

              PD補償網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)為:

             j.jpg

              為了提高系統(tǒng)的穿越頻率fc,需要將加入補償網(wǎng)絡后的開環(huán)傳遞函數(shù)穿越頻率fc變成原開關頻率fs的1/20,即:k.jpg。

              在原系統(tǒng)5 kHz處,幅頻特性的幅值為:

            l.jpg

              經過以上調節(jié)使系統(tǒng)在fc=5 kHz穿越頻率處,。設此時的相位裕量,則PD補償網(wǎng)絡的零、極點頻率計算公式為:

            m.jpg

              根據(jù)式(19)中的傳遞函數(shù),利用MATLAB繪出系統(tǒng)的超前補償網(wǎng)絡傳遞函數(shù)的波特圖如圖4所示。

            nEO_IMG_4.jpg

              由圖4可以看出,當穿越頻率為fc=5.1 kHz,相角裕度為時,穿越頻率符合約定的頻率范圍內(2.2 kHz~8.3 kHz),此時開環(huán)傳遞函數(shù)的相位裕度。此時可以發(fā)現(xiàn),只要系統(tǒng)中的電子器件的值稍加變化,穿越頻率會稍稍偏離5.1 kHz,這時對相位裕度影響較小。由于在0 kHz~1 kHz范圍內,幅頻特性曲線是平緩的,因此,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差大。據(jù)此,可以通過在PID補償網(wǎng)絡的加入倒置零點解決以上問題。

              2.3 PID補償網(wǎng)絡的設計

            nEO_IMG_5.jpg

              改進的PID補償網(wǎng)絡的電路模型如圖5所示,根據(jù)其拓撲電路可推出傳遞函數(shù)為:

            n.jpg

              在這里,引入倒置零點的目的是改善開環(huán)傳遞函數(shù)的低頻特性,但是并不希望因此改變開環(huán)傳遞函數(shù)的中高頻段特性。假設選擇倒置零點的頻率fl為穿越頻率fc的1/10,則有

            o.jpg

              則p.jpg

              改進后的PID補償網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)為:

            r.jpg

              根據(jù)PID 補償網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)可以得到調整后的波特圖,如圖6所示。

            nEO_IMG_6.jpg

              取Rf=10 kW,計算得Cf=3.2nF,Rip=434 W,Riz=3.2kW,Ci=28.6nF。

              由圖6中可知,當fc=5.16 kHz時,相位裕度為s.jpg,在高頻段時,曲線在-40 dB/dec時的斜率下降,在此范圍內可有效地抑制高頻干擾。

              3 總電路圖的仿真與實驗

              Buck電路的開關管選用P溝道MOSFET,開關管的驅動采用SG3525芯片,SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片,它簡單可靠及使用方便靈活,輸出驅動為推拉輸出形式,驅動能力強;其內部含有的欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路等,具有過流保護、頻率可調功能,同時能限制最大占空比,防止溢出。

              利用Saber仿真軟件,對系統(tǒng)進行仿真,能夠得到系統(tǒng)的輸出響應曲線,通過仿真曲線可以得出,輸出的電壓平均值為3.34 V,紋波峰峰值為0.108 V,滿足設計要求。仿真波形如圖7所示。

            nEO_IMG_7.jpg

              由圖7可以看出,實際仿真的電壓曲線與理論上的電壓值還有一些誤差存在,其中,曲線的超調還是稍大,同時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差仍然存在,給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來一定的安全隱患。為此,需要對以上系統(tǒng)參數(shù)進行重新設置,以確保穩(wěn)態(tài)誤差盡可能降為零。

              對PID補償網(wǎng)絡的參數(shù)進行整定后,使得Rf=10 kW,Cf=1 nF,Rip=510 W,Ci=100 nF。以此參數(shù)進行仿真并與原仿真結果進行比較,此時系統(tǒng)響應如圖8所示。

            nEO_IMG_8.jpg

              從圖8中曲線中可以明顯的看出,經過調整后的系統(tǒng)電壓變化曲線較修正之前的電壓曲線相比,在調整時間不變的前提下,使系統(tǒng)的超調量大大減小,并且保證了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零,大大提升了系統(tǒng)的抗擾性能。

              4 展望

              DC/DC斬波技術的高速發(fā)展,使得開關電源技術趨向高性能化、智能化、集成化、模塊化的方向發(fā)展。并且在此基礎上,逐漸推出了新的DC/DC變換器技術,例如VRM技術,要求其負載電流的響應速度更快速,在體積足夠小的前提下,確保電力電子器件的高效率。又如,為了應對開關電源趨于高頻化發(fā)展后造成的開關器件損耗大增的問題,將軟開關技術應用到了DC/DC變換器中,以達到減少開關損耗、提高效率的功能。

              隨著新型電子器件和拓撲結構的出現(xiàn),開關電源將實現(xiàn)高頻化、模塊化、綠色化和智能化的集成,并且將應用到更廣泛的領域。

              5 結論

              隨著大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展,要求開關電源模塊趨于小型化,在其設計過程中需不斷提高開關頻率,開發(fā)和設計新型的電路拓撲結構,本文提出的PID調解網(wǎng)絡模式下的Buck直流斬波電路可代替普通變阻器實現(xiàn)調壓和節(jié)能的功效。開關電源的輸出電壓如果超出正常范圍,會對通信設備造成損壞,所以在其輸出端設計輸出電壓保護,一旦輸出電壓超過給定值,開關電源會將輸出閉鎖,達到過壓保護作用。在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中,開關電源技術均處于核心位置。以傳統(tǒng)的大型電路為例,若采用高頻開關電源技術會降低整套系統(tǒng)的體積,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。就目前來看,開關電源必將在未來的電力電子技術應用中起到關鍵的作用。

              參考文獻

              [1]韋和平.現(xiàn)代電力電子及電源技術的發(fā)展[J].現(xiàn)代電子技術,2005,18(7):102-105.

              [2]程乃士.無液壓泵的汽車金屬帶式無級變速器-CVT原理和設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007:179-193.

              [3]劉樹林,劉健,寇磊,等.Buck DC/DC變換器的輸出紋波電壓分析及其應用[J].電工技術學報,2007,22(2):91-97.

              [4]Ryu W,Kim H.CVT ratio control with consideration of CVT system loss[J].International Journal of Automotive Technology,2008,9(3):459-465.

              [5]Rothenbuhler Y.CVT servo-pump flow control [J].Koyo Engineering Journal,2007,10(3):23-26.

              [6]Bonsen B,Klaassen T W G L,Pulles R J,et al. Performance optimization of the push-belt CVT by variator slip control[J].International Journal of Vehicle Design,2005,3:232-256.

              [7]Huczko.Intrinsically Safe Power Source[P].United States Patent,1997(5):283.

              [8]張玉良.一種帶備用電池的多路輸出的隔爆兼本質安全輸出型開關直流穩(wěn)壓電源[J].煤礦自動化,1996(4):57-59.

              [9]薛雅麗,李斌,阮新波.Buck三電平變換器[J].電工技術學報,2003,18(3):29-35.

              [10]張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004:102-130.

            本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第3期第69頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處



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