开关变换器数字控制技术(周国华,许建平著)思维导图
万能转换开关的结构原理
设计序号
例: LA10-2F LA10-3S LA10-1K LA10-2H
4.按钮的选用 （1）根据使用场合和具体用途选择按钮的种类。 （2）根据工作状态指示和工作情况要求，选择按钮的 颜色。 （3）根据控制回路的需要选择按钮的数量。
LJ □□ □ － □ □ / □□
输出形式 NK NPN常开 NH NPN常闭 NU NPN一常开一常闭 PK PNP常开 PH PNP常闭 PU PNP一常开一常闭 W继电器输出 代号 结构形式 LJ-电感式 M圆柱形 CJ-电容式 B小方形 SJ-霍尔式 C大方形 D普通型 E槽型 F分离型 例: LJM18T－5Z/NK 感应形式 检测距离 电源种类 T埋入式 Z直流 A非埋入式 J交流 G分离式 S左侧 K右侧 I顶端
例: LX19－111 LX19－232 LX19－131
JLXK1系列行程开关的型号含义
J L X K 1—□ □ □ □
机床电器 主令电器 行程开关 快速 设计序号
派生型号，M表示密封式 常闭触头数 常开触头数 1－单轮 2－双轮 3－直动不带轮 4－直动带轮 5－万向型
例:
JLXK1-211
LK1－12/90型主令控制器在电路图中的符号
3.主令控制器的选用
主令控制器主要根据使用环境、所需控制的回路数、 触头闭合顺序等进行选择。
4.主令控制器的安装与使用
（1）安装前应操作手柄不少于5次。 （2）主令控制器投入运行前，应测量其绝缘电阻。 （3）主令控制器外壳上的接地螺栓应可靠接地。 （4）应注意定期清除控制器内的灰尘。 （5）主令控制器不使用时，手柄应停在零位。
全桥变换器原理及设计
❖ 移相控制方式：一个桥臂的两个开关管的驱动信号180度互补导
通且中间有死区，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角。通过调 节移相角的大小来调节输出电压。
2 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器工作过程
D1 C1
Ton
Ts / 2
1 全桥、PS-PWM控制概念之二
❖ PWM(脉冲宽度调制Pulse Width Modulation)：保持Ts不变， 改变Ton调控输出。
❖ PFM(脉冲频率调制Pulse Frequency Modulation):保持Ton 不变， 改变Ts 调控输出。
❖ 实际广泛采用PWM，因为定频PWM开关时：输出电压中的谐
Uc
d
Ug
Uo Uf
Vin/n
谢谢
后面附件PPT常用图标，方便大家提高工作效率
140 BUSINESS & FINANCE ICONS
生活
图标元素
生活
图标元素
医疗
图标元素Biblioteka L rlo s s K V in To K 2 L f
4 L r K V in To
3.3整流二极管的换流
❖ 全桥整流 优点：反向电压低(Vsec) 缺点：成本高，压降大
❖ 全波整流 优点：成本低，压降小 缺点：反向电压高(2Vsec)
C Lf
D5
D7
Cf
Vo Rload
D6
D8
D
iD5 iD8 iDR1
单管、双管、四管（电压电流定额相同） 变换器输出功率比较
Vin/2
A
B
Q1
D1
(自动控制原理)2.4控制系统的结构图及其等效变换
实例二：复杂控制系统的等效变换
总结词
通过等效变换简化复杂控制系统的结构图，便于分析。
详细描述
以一个包含多个回路和元件的液压控制系统为例，介绍如何 通过等效变换简化其结构图。通过合并、化简等步骤，将复 杂的结构图简化为易于分析的形式，以便更好地理解系统的 工作原理和控制性能。
实例三：实际应用中的控制系统等效变换
控制系统的性能指标
总结词
控制系统的性能指标是用来评估控制系统性能优劣的一系列参数。常见的性能指标包括稳定性、快速 性、准确性等。
详细描述
稳定性是指控制系统在受到扰动后能够恢复到原来的平衡状态的能力。快速性是指控制系统对于输入 信号的响应速度。准确性是指控制系统对于输入信号的跟踪精度。这些性能指标可以通过数学分析和 实验测试等方法进行评估。
不断调整和完善结 构图，确保其准确 反映系统的工作原 理。
结构图的基本元件及其作用
控制器
根据设定值与实际值的偏差， 计算出控制量并输出给执行器。
被控对象
需要被控制的设备或系统，如 温度、压力、流量等。
传感器
用于检测被控对象的参数变化， 并将检测到的信号转换为电信 号或数字信号输出。
执行器
根据控制器输出的控制量，驱 动被控对象进行相应的动作或 调节。
课程背景
自动控制原理是自动化专业的一门核心课程，主要介绍控制系统的基本原理、分 析和设计方法。
本节内容是该课程的重要章节之一，通过学习结构图及其等效变换，学生可以深 入理解控制系统的组成和动态行为，为后续章节的学习打下基础。
02 控制系统的基本概念
控制系统的定义
总结词
控制系统的定义是指通过一定的控制装置，对被控对象施加控制作用，从而使 被控对象的输出量按照预期的规律变化的过程。
电气工程师如何看懂万能转换开关及其接线图
电气工程师如何看懂万能转换开关及其接线图转换开关是一种可用于两路或两路以上电源、负载转换作用的开关电器。
其类型有多种，有电流转换开关，电压转换开关，电容转换开关等。
简单说，打到哪个档位，哪几个点接通，哪几个点断开。
（1）详细看其正面我们看到上面有'1''0''2'三个数字，这是其档位，我们就可以知道这个转换开关有'3'个档位（值得注意的是，这里的1,0,2并没有实质的意义，也可以定制成其他的字母，数字，文字等，比如常用的'手动''停止''自动'三个档位）（2）详细看其侧面我们可以看到有阿拉伯数字，这是接线端子，怎么看？数字靠近哪边，哪边就是其接线端子的编号。
例子：如下图，先看上面一排端子，从左到右是'9''5''1'号端子，下面一排也一样，从左到右是'11''7''3'。
（3）看它的触头接线图1.下图我们看到有'档位'和'触点''档位'即上述说的'1''0''2''触点'即上述说的接线端子编号2.看图还有些'X',表示'接通'3.例子：当转换开关打到'1'档，我们看'1'档这一竖的'X'，'1-2'，'5-6''9-10'这几对接线端子接通，即1和2接通，5和6接通，9和10接通。
当转换开关打到'0'档，我们看'0'档这一竖的'X'，然而并没有'X'，所以打到这个档位，所有触点均断开。
当转换开关打到'2'档，我们看'2'档这一竖的'X'，'3-4'，'7-8''11-12'这几对接线端子接通，即3和4接通，7和8接通，11和12接通。
开关变换器调制与控制技术综述_周国华
0 引言
从 20 世纪 60 年代开始，开关变换器的控制技 术经历了 50 多年，取得了大量的研究成果，对电 力电子技术的发展做出了重要贡献。采用的不同控 制技术会使开关变换器具有不同的性能。文献[1-2] 对开关变换器的控制技术进行了分类。 按照占空比的实现方式，开关变换器的控制技 术可以分为恒频控制和变频控制[1]。恒频控制即开 关周期恒定不变，通过调整一个开关周期内功率器 件的导通时间(脉冲宽度)来调节输出电压，即通常 所说的脉宽调制(pulse width modulation，PWM)技 术；变频控制即保持开关管导通时间或者关断时间 不变，或者开关管导通时间和关断时间均改变，即 通过改变开关频率来调节输出电压，常称为脉冲频 率调制(pulse frequency modulation， PFM)技术。 PFM 有恒定导通时间(constant on time，COT)、恒定关断 时间(constant off time， CFT； 或 fixed off time， FOT) 和滞环 3 种方式。与 PWM 调制相比，PFM 调制的 瞬态性能好、轻载效率高，但是稳压精度差。 按照控制环路中的反馈信号，开关变换器的控 制技术可以分为单环控制、 双环控制和三环控制[1]。 单环控制主要指电压型控制[3]，双环控制则有峰值 电流控制[3-5]、平均电流控制[6]、谷值电流控制[7]和 V2 控制[8-9]等，三环控制主要有 V2C 控制[10-11]。
谷值电流控制具有快速的输入瞬态性能但负载瞬态性能依然没有得到提高控制具有快速的负载瞬态响应速度但内环检测信号的斜坡信号小因此抗干扰能力差且不对电流进行控制需要额外的电路来实现过流保护89控制结合了峰值电流控制和控制的优点具有快速的输入负载瞬态响应速度且具有限流功1011
第10章 软开关桥式变换器
2019/5/24
开关电源技术
考虑到MOS开关管寄生二极管、寄生电容后，等效电路如图10.3.2所示。
Q1
等效电路
D1 C1
Q1
UIN
Cd
A
D2 C2
Q2
集成变压器
Lr
Lm NP
+
NS
D3 Co
Uo
-
-
Q2
等效电路
图10.3.2 考虑元件寄生参数后的等效电路
2019/5/24
开关电源技术
关键节点电压波形以及初级回路电流 iP 、激磁电感 Lm 电流 iLm 波形如图 10.3.3 所示。
Lr
C4 D4 Q4
+
-
++ +
+
+T
D5
Lf
NS1
Uo
NP
+
Co
NS2
-
D6
-
(g) t5～t6期间
2019/5/24
开关电源技术
t6 到 t12 时刻电流及电压变化与 t0 到 t6 时刻状态相同，不再重复。驱动信号、回路电流、
桥臂中点 AB 电压波形如图 10.4.4 所示。
2019/5/24
开关电源技术
+
超前臂
滞后臂
D1 C1 Q1
C2 D2 Q2
同一桥臂中的两只开
UIN
A
关管驱动信号存在 180°的相位差，轮流
B
导通，并保证存在一定
D3 C3 Q3
Lr
-
C4 D4 Q4
的死区时间，以避免同 一桥臂上的两只开关管 同时导通；另一方面， 在全桥移相式变换器中
一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路
现代电子技术Modern Electronics TechniqueFeb. 2024Vol. 47 No. 42024年2月15日第47卷第4期0 引 言开关电源有电压和电流两种控制模式。
电压控制模式通过检测输出电压，使得输出电压在各种负载条件下保持稳定。
电流模式有两个反馈环：一是检测输出电压的电压外环；另一个是检测开关管电流且具有逐周期限流功能的电流内环[1]。
相较于电压控制模式，电流控制模式具有响应快、抑制偏磁能力强、简化反馈环路设计等优点[2⁃4]。
峰值电流模式在占空比大于0.5和连续电感电流条件下，会产生次谐波振荡，这种不稳定性与电源的闭环特性无关[5⁃7]，应用斜率补偿技术可以消除次谐波振荡。
斜率补偿电路分为上斜率补偿和下斜率补偿两种方式，二者在原理上是一致的，但因为上斜率补偿在电路上更易实现，因此实际电路中大多采用上斜率补偿[8⁃11]，本文介绍的补偿电路也属于上斜率补偿。
若选择的电源管理芯片自带斜率补偿电路，则无需考虑自行设计斜率补偿电路。
本文简要分析了电源自带的斜率补偿电路和选择管理芯片频率脚的斜率补偿电路，最后提出一种改进的适用于半桥电路的新型斜率补偿电路。
本文给出了该新型斜率补偿电路的详细计算方法，为电源的斜率补偿参数设计提供一定参考。
1 次谐波振荡图1所示为电感电流波形。
图中：I R 为设定的电感电流峰值；m 1和m 2分别为电感电流的上升和下降斜率。
当输入电压发生变化或因为某种原因会产生初始扰动电流Δi 0，经过一个周期T s 后，扰动电流为：Δi 1=-m1m 2Δi 0（1）DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2024.04.009引用格式：刘威，蒋林，艾建，等.一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路[J].现代电子技术，2024，47（4）：43⁃47.一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路刘 威， 蒋 林， 艾 建， 任 毅（西南石油大学 电气信息学院， 四川 成都 610500）摘 要： 针对在峰值电流控制模式下半桥型开关电源存在次谐波振荡的问题，提出一种新型斜率补偿电路。
第5章软开关讲义变换器
第5章 软开关变换器
基本内容
1 概述 2 准谐振软开关变换器 3 PWM软开关变换器
5.1 概述
➢ 常规的DC/DC PWM功率变换技术进一步提高开关频率会 面临许多问题。
➢ 随着开关频率的提高，一方面开关管的开关损耗会成正比 的上升，使电路的效率大大的降低，从而使变换器处理功 率的能力大幅下降；另一方面，系统会对外产生严重的电 磁干扰（EMI）。
➢ 软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率， 功率密度和可靠性同时得到提高，并有效的减小电能变换 装置引起的电磁干扰和噪声等。
5.1.1 功率电路的开关过程
u i
0
ton
t
p
0
t
（a）开通过程
图5-1 开关管开通与关断过程的电压电 流及功率损耗曲线
➢ 在功率变换电路中，每只功率 管都要进行开通与关断控制。
➢ 所谓软开关，通常是指零电压开关 ZVS（Zero Voltage Switching）和零电流开关ZCS（Zero Current Switching） 或近似零电压开关与零电流开关。
5.1 概述
➢ 硬开关过程是通过突变的开关过程中断功率流而完成能量 的变换；
➢ 而软开关过程是通过电感L和电容C的谐振，使开关器件中 的电流（或其两端的电压）按正弦或准正弦规律变化，当 电流过零时，使器件关断，或者当电压下降到零时，使器 件导通。开关器件在零电压或零电流条件下完成导通与关 断的过程，将使器件的开关损耗在理论上为零。
➢ 开通过程： i I C t t on
➢ 关断过程：
i
IC
IC t off
t
电力电子控制技术研究现状与前沿问题
➢ Single loop control – Voltage mode control
➢ Two loop control – Current mode control Peak current control Average current control Charge control – V2 Control
➢ Control techniques with fast load transient
The control techniques that does sense the output current transient directly or through the related change of the output voltage and uses this signal in a fast feedback loop or feed-forwards it to improve the transient response. The main examples of this group are：V2–mode and V2C-mode control techniques.
后缘调制
按占空比调制方式分类_后缘调制
➢在后缘调制中，功率开关管在 每个开关周期的开始导通，控 制开关关断的后缘
➢它能够对导通时所发生的任何 扰动立即做出反应
➢如果扰动发生在关断状态，必 须等到下一个开关周期才能做 出反应,存在开通延迟
按占空比调制方式分类_前缘调制
➢在前缘调制中，功率开关管 在每个开关周期的开始关断， 控制开关导通的前缘
➢With a triangular waveform, decisions to switch ON and OFF are each made on the basis of separate intersections of the control signal vs. the triangular waveform. The argument in favor of the triangular waveform is that since two control signal samples are taken per switching period, the PWM should be able to handle twice small signal frequency as the sawtooth PWM. Therefore a higher crossover frequency, greater bandwidth and improved performance should be attainable.
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![01[共16页]](https://img.taocdn.com/s3/m/1506c87dd1f34693dbef3eba.png)
− 1 −近年来，数字控制技术在电源中得到迅速的发展，各种在模拟电路中难以实现的现代控制方法开始应用于电源的控制中。
数字信号处理器（DSP ）的发展，使数字式的开关电源能达到较高的开关频率。
相对模拟系统而言，数字系统在开关电源中具有设计周期短、灵活多变、易实现模块化管理、能够消除由离散元件引起的不稳定和电磁干扰等优点。
因此，数字电源在高精度电源中的应用越来越广泛，成为现代电源技术发展的一个重要方向。
1.1.11．数字电源的定义 目前，数字电源有多种定义。
定义1：通过数字接口控制的开关电源（它强调的是数字电源的“通信”功能）。
定义2：具有数字控制功能的开关电源（它强调的是数字电源的“数控”功能）。
定义3：具有数字监测功能的开关电源（它强调的是数字电源对温度等参数的“监测”功能）。
上述3种定义的共同特点是“模拟开关电源的改造升级”，所强调的是“电源控制”，其控制对象主要是开关电源的外特性。
定义4：以数字信号处理器或微控制器（MCU ）为核心，将数字电源驱动器、脉宽调制（Pulse Width Modulation ，PWM ）控制器等作为控制对象，能实现控制、管理和监测功能的电源产品。
它是通过设定开关电源的内部参数来改变其外在特性，并在“电源控制”的基础上增加了“电源管理”。
所谓电源管理，是指将电源有效地分配给系统的不同组件，最大限度地降低损耗。
数字电源的管理（如电源排序）必须全部采用数字技术。
与传统的模拟电源相比，数字电源的主要区别是控制与通信部分。
在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现；而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有优势。
此外，在复杂的多系统业务中，相对模拟电源，数字电源是通过软件编程来实现多方面的应用，其具备的可扩展性与重复使用性使用户可以方便更改工作参数，优化电源系统。
开关电源数字控制器结构框图
开关电源数字控制器结构框图适用于高频开关电源数字控制器的模数转换器周涛许建平贺明智西南交通大学电气工程学院，成都 610031摘要本文分析和总结了当今现有的适用于高频开关电源数字控制器的模数转换器的架构和工作原理，并通过合理的分类明确了各种类型ADC架构的优缺点。
关键字模数转换，数字控制器，开关电源1 引言数字控制器较传统的模拟控制器具有设计灵活、开发周期短、抗干扰性强、可靠性高等优点，因而越来越广泛地用于开关电源的控制领域。
开关电源的数字控制器主要包含三大结构单元：模数转换器（ADC）、离散时间补偿器（Discrete-time compensator）和数字脉宽调制器（DPWM）[1]。
图1所示为一种可行的电压型脉宽调制数字控制器的结构框图。
ADC将第n个时刻输出电压V o与参考电压V ref之间的模拟误差电压信号转换为数字误差代码e[n]。
离散时间补偿器通过预先编好的控制算法计算出占空比代码d c[n]。
然后，DPWM 基于所需要的开关频率f s和由补偿器提供的占空比代码d c[n]产生门极驱动信号g1、g2来控制功率开关的导通和关断。
随着开关频率的提高，数字控制器各结构单元的技术要求也随之增加，昂贵的成本严重阻碍了数字控制器在高频开关电源控制领域中的市场化进程。
其中，为了实现高频开关电源精确的电压调节特性，模数转换器必须同时具有非常高的转换速率和分辨率。
而传统的高分辨率高速率的模数转换器（如逐次比较寄存（SAR）式架构和管道（pipeline）式架构），对工作时钟频率要求高、电路结构复杂、而且成本很高，这些都制约了高频开关电源数字控制器性价比的提高。
2 适用于高频开关电源的模数转换器近几年，对高频开关电源数字控制器的研究逐渐成为学术界的热点课题，有学者分别提出了一些适用于高频开关电源的高分辨率高转换速率的ADC架构。
2.1 闪速式ADC闪速式（Flash）ADC是高频开关电源数字控制器中较为常用的一种ADC架构。