关于电力操作电源两种控制方式的比较doc-关于电力操作电

关于电力操作电源两种控制方式的比较doc-关于电力操

作电

引言

开关电源是一个闭环的自动操纵系统，开关电源的操纵环节的设计是其设计的重要组成部分。其常用的设计步骤是对主电路建立小信号模型，作出开环波特图，然后按照性能指标要求，运用经典自动操纵理论，设计校正系统，使系统具有良好的稳态和暂态性能。专门多研究者对开关电源的操纵系统进行了分析[1][4]。

应用在电力领域的开关电源一样要求能工作在恒压和恒流两种模式，在操纵上有两种常用的实现方式：一种是采纳并联式双环操纵，在系统中建立两个独立的电压环和电流环。这种操纵方式简单稳固，容易设计，稳固时只工作在某个单环操纵下，两个操纵环可不能互相干扰，能够保证专门好的恒压和恒流精度。另一种是采纳串级式双环操纵，当系统工作在恒压模式下时是用双环操纵，工作在恒流模式下是用单环操纵。

电力操作电源一样为并联工作的模块式电源，在这种并联运行的电源中限流特性十分重要，否则当一台模块退出工作时，其它模块会因不能及时限流而引起连锁反应，相继爱护退出工作。另外，从操纵的角度来讲，减小运行参数对操纵系统稳固性的阻碍，增强系统的鲁棒性是专门重要的。本文通过对两种操纵方式进行建模分析，对两种操纵方式的限流速度和操纵稳固性进行了比较，并通过实验得到了验证。

2两种操纵方式分析

21并联式双环操纵方式

这种操纵方式电路原理图如图1所示，使用两个并联的单环分不实现电路的恒压和恒流功能，电压环PI调剂器输出和电流环PI调剂器输出均通过一个二极管接到三角波比较器的正输入端，电路工作时，若电压环PI调剂器输出UV1小于电流环PI调剂器输出UC1，则DV1导通，电路工作在电压环操纵模式；反之DC1导通，电路工作在电流环操纵模式。这种操纵方式下，在稳固工作时，电压环和电流环只有一个环在工作，可不能互相干扰。而且单环操纵的设计和分析都相

图1并联式双环操纵方式的电路原理图

图2电压环单环操纵模式下的电路方框图

图3电流环单环操纵模式下的电路方框图

图4电压环单环开环波特图

图5电流环单环开环波特图

对简单。但由于电压环和电流环的调剂器输出端接在一起，在过渡过程中，专门是当两个环之间进行切换时，会形成相互干扰，可能会导致电路工作不稳固。

图2是工作在电压环单环操纵模式时的电路方框图。图3是工作在电流环单环操纵模式时的电路方框图。图2、图3中：

H为输出电压采样系数，H=R2/(R1＋R2)；

FM为脉宽调制器的传递函数，FM=1/UPP，（UPP为三角波峰峰值）；

GV(s)为电压环PI调剂器的传递函数；

GdV(s)为主电路的占空比对输出电压的开环传递函数；

Ki为电感电流采样系数；

Gi(s)为电流环PI调剂器的传递函数；

Gdi(s)为主电路的占空比对电感电流的开环传递函数。GV(s)=(1)GdV(s)=×(2)Gdi(s)=×(3) 式中：Uin输入直流母线电压；

L为输出滤波电感值；

RL为滤波电感的电阻；

C为输出滤波电容；

RC为滤波电容的串联等效电阻；

R为负载电阻。 [内容是第一电源网收集于互联网]

由图2可得电压环单环的开环传递函数为：

Tvo1(s)=HFMGV(s)GdV(s)（4）

由图3可得电流环单环的开环传递函数为：

Tio1(s)=KiFMGi(s)Gdi(s)（5）

将如图1所示的实际电路参数代入式(4)和(5)，其中Uin=515V，Upp=3.5V，Ki=0.1。做出波特图。图4为电压环开环波特图，其剪切频率为1.5kHz，相位裕量为28°。图5为电流环开环波特图，其剪切频率为10kHz，相位裕量为81°。

2.2串级型双环操纵方式

这种操纵方式的电路原理图如图6所示，它在结构上将两个单环串联起来，同样也能实现电路恒压和恒流两种工作方式。当D3导通时，电路工作在恒流模式，现在，电压环不起作用，电路相当于单环操纵，其电路方框图和传递函数同图1所示电路工作在恒流模式是一样的，不再重复。当D3截止时，电路工作在恒压模式下，电路采纳串级双环操纵，电流环作为电压环的内环，电压环PI调剂器的输出UV2作为电流环PI调剂器的给定。其电路方框图如图7所示，在设计参数时，先设计电流环的调剂器，获得稳固的内环，然后得到电流环的闭环传递函数Tic(s)，并将其作为电压环的一个环节，如图8所示，然后设计电压环的调剂器。这种操纵方式的最大的优点是专门好地解决了电路的限流咨询题，使电路具有最快的限流响应速度。然而这种操纵方式的实际限流给定是限

流值Uiref加上D3的管压降，因为D3的管压降与通过它的电流有关，因此这种操纵方式的稳流精度不如前面那种操纵方式，但能够通过调剂电阻R3，减小D3管压降的变化量，以提升这种操纵方式的稳流精度。

图8电压环双环操纵方式下的等效电路方框图

图6串级型双环操纵方式的电路原理图

图7电压环双环操纵模式下的电路方框图

图9双环操纵方式下电压环的开环波特图

图7和图8中，Z(s)为负载和输出电容支路的并联阻抗：Z(s)=（6）

其它函数在上面差不多定义，就不再复述。

按照图7，得到电流环（内环）的闭环传递函数为：Tic(s)=(7)

然后由等效方框图图8可得，电压环的开环传递函数为：

Tvo1(s)=HGV(s)Tic(s)Z(s)(8)

为了便于比较两种操纵系统特性，串级型双环操纵方式下的操纵参数与并联型双环操纵方式下的操纵参数一致。将如图6所示的实际电路参数代入式（8），其中Uin=515V，Upp=3.5V，Ki=0.1。得到串级型双环操纵方式下电压环的开环波特图，如图9所示。其剪切频率为378Hz，相位裕量为98°，稳固裕量为59dB。