开关电源基本控制策略以及变压器磁通的复位

电源/新能源

3534人已加入

描述

变压器磁通的复位

辅助绕组复位

变压器磁通复位 = = 磁能的泄放 = = 激磁电感续流

如图所示,开关闭合,输入电压给变压器激磁电感励磁,建立磁通;开关关断,激磁电感电流无处释放,因此磁芯无法复位。

变压器

理想变压器知识传递磁能,本身并不储存磁能,激磁电感无限大

实际变压器存在激磁电感

绕组换流时,由于存在漏感,开关电压尖峰

复位磁能返回电源

RCD钳位威廉希尔官方网站 复位(正激变换器)

威廉希尔官方网站 如图所示,RCD复位电容电压相当于一个小反激威廉希尔官方网站 输出

变压器

RCD钳位威廉希尔官方网站 具有磁复位的功能

可钳位原边绕组及开关电压

变压器复位磁通能由电阻Rr消耗

RCD钳位威廉希尔官方网站 复位(反激变换器)

反激威廉希尔官方网站 理论上可以实现自身复位,通过副边输出电压进行复位,因此不需要磁复位威廉希尔官方网站 。但是变压器存在漏感,漏感电流同样需要泄放,否则引起电压尖峰

变压器

反激威廉希尔官方网站 中的RCD威廉希尔官方网站 用于变压器漏感磁通的复位

复位磁能由复位电阻消耗

谐波与功率因数校正技术

谐波

电子领域:由非线性器件引起波形失真

电工领域:由负载阻抗引起相位偏移

变压器

输出电容C越大,输出电压越稳定,但电流脉冲越窄,THD越大

同样负载功率下,电流脉冲越窄,电流峰值越大,造成损耗越大

电流波形失真会通过电网阻抗影响电源质量

PFC(功率因数校正)基本原理

功率因数校正的目的:使得输入电流与输入电压波形相同,即使得电流能跟踪电压的波形变化

由于输入电压为正弦交流,大小在0-Vm之间变化,因此首先需要选择升压(Boost)威廉希尔官方网站 ,且Vo>Vm

Boost威廉希尔官方网站 CCM工作模式:固定频率Ts,改变占空比D,控制电感电流平均值跟随正弦电压。电感大,电流纹波小,控制复杂,二极管反向恢复。

Boost威廉希尔官方网站 DCM工作模式:固定频率Ts和导通时间ton,改变断续时间。因为ton固定,电感电流自动上升至与电感电压成比例的值,之后下降到零,保证电感电流平均值与电压成比例。电感小,电流纹波最大,控制简单,没有二极管反向恢复。

Boost威廉希尔官方网站 CRM工作模式:固定导通时间ton,电感电流自动上升至与电感电压成比例;之后电流下降为零时,开关管闭合。电感小,电流纹波大,开关管电流过零时导通,二极管过零时关断,频率变化。

开关电源基本控制策略

控制的目的

控制目的:

保持输出稳定。 由于电源电压和负载的变化,输出电压会随之变化,因此需要对输出电压进行控制,以保证输出电压的稳定或获得所需的输出电压

实现某种特定功能。 如DC/DC电源的PFC控制,太阳能逆变器的MPPT控制

控制的要求:

输出稳定

在各种 “干扰”情况下不能失控

对输出波动的影响小

对干扰的快速响应

被控制量: 输出电压,或输出电流,或输入电流,或输入阻抗

控制量: 开关的动作

滞环控制(Bang-Bang)

只需要一个简单的电压比较器,成本低

控制策略十分简单,预制驱动,不需要反馈

稳定性强,只要不超过环宽

开关工作频率是变化的,环宽越窄,频率越高;负载变化越快,频率越高

控制策略本身需要一定的输出电压纹波

由于难以帮助电感电压的伏秒平衡,需要额外威廉希尔官方网站

具有过流保护功能

恒定导通时间控制

控制简单,阈值驱动,本身稳定

威廉希尔官方网站 简单,成本低

通过设定最小关断时间,保证电感复位

频率是变化的

控制策略本身需要一定的输出电压纹波

本身没有过流保护功能,因为没有检测电流峰值

电压控制模式

直接调节占空比D,控制输出电压Vo=D*Vi

威廉希尔官方网站 实现:

采用误差放大器产生误差信号

采用振荡器产生给定频率脉冲

通过RC充放电威廉希尔官方网站 产生给定斜波电压

通过比较器将被控量与锯齿波比较

产生PWM波控制开关占空比

特点:

电压控制是最传统的PWM控制

开关频率固定

简单的反馈补偿网络以实现精确控制,没有滞环本身误差

可能存在控制稳定性问题

如负载较轻,从CCM(线性模型)进入DCM(非线性模型)时存在稳定性问题

电压控制模式(峰值控制)

威廉希尔官方网站 实现:

电感电流波形(纹波与平均值)与输入电压、输出电压以及占空比有关

采用误差放大器产生误差信号

将电压控制模式的斜波参考电压改为电感电流信号

开关峰值电流可以表征输出电流平均值

特点:

频率固定

电感电流随着输入电压增加而增加,因此对输入电压的变化响应是瞬时的

对负载的变化,要通过电感电流起作用,有延迟

平均电流控制

威廉希尔官方网站 实现:

采用误差放大器产生电压误差信号

采用振荡器产生给定频率脉冲

将电压误差信号与电感电流信号比较后,再与给定PWM斜波电压比较

特点:

直接检测和由平均电流来控制,效果好

需要检测电感完整波形,检测复杂,不如峰值电流检测灵活方便

由于有“平均”环节,抗噪声能力强

需要高增益放大器,成本高

电源输出的稳定与调整率

电源稳定性的要求

控制的目的: 提供一个不受干扰的稳定和精确的电源输出

实现思路: 通过一个高增益控制系统来保证输出电压跟随参考电压

稳定问题: 对于高增益,很小的误差信号可能调整很大的输出电压,即很“灵敏”,当系统是稳定时,将迫使误差为零,即输出电压很稳定。但是对高增益的闭环反馈系统,系统的控制精度与系统稳定性是一个挑战,因为高增益意味着对微小的扰动都会做出反应

干扰信号特性:

强弱:一般为微小信号,信号越大,说明干扰越强

快慢:任何一个干扰信息可以通过FFT分解为不同频率的各次谐波的合成,频率越高,说明干扰越快

稳定性指标: 经过控制系统的反应后,干扰会发生变化

大小变化:增益

相位变化:相移

电源的调整率

负载调整率: 电源负载的变化会引起电源输出的变化,负载增加,输出电压会降低,相反负载减少,输出电压升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低,通常指标为3%~5%。负载调整率实际上就反应了电源的内阻抗,好的电源输出接负载时电压降小。负载调整率=(满载时输出电压-半载时输出电压)/额定负载时输出电压。

电源调整率: 定义为电源供应器输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。电源调整率通常以一正常规定负载下,由输入电压变化所造成其输出电压偏差的百分比,即(Vo(最大)-Vo(最小))/Vo(正常)。

希望本文对大家有帮助,上文若有不妥之处,欢迎指正。

打开APP阅读更多精彩内容
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分