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(多图) 高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计

电源技术应用 江阴职业技术学院 陆斌?? 2010年03月06日 ?? 收藏0

  0 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,而且与逆变器控制分开,使得系统更加稳定可靠,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。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。

  1 基于功率控制的Buck变换器分析

  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UO,使输出稳定在给定值上。

Buck变换器的功率控制原理图

  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斩波器的在电感电流连续(C CM)模式下的小信号模型。

  图2为设定Buck电路工作于电感电流连续状态(C CM),应用三端PWM平均模型方法,并考虑电感电阻rL和电容RC(ESR),见图3。图2中虚线框内部分为三端PWM模型,由开关管VT、二极管VDF和续流二极管VD组成,其中,ia和ic分别代表ia(t)、ic(t)的平均变量,Uap和Ucp分别代表 Uap(t)、Ucp(t)平均变量,其中ia(t)和ic(t)为流入a端和流出c端的电流瞬时变量,Uap(t)和Ucp(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VDF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PWM7开关模型。

Buck变换器电路拓扑

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为:

RC——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ψ<45°。

利用Matlab软件分析了其频率特性

利用Matlab软件分析了其频率特性

公式


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加热电源? 斩波器? 补偿?

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