对电压型大功率开关电源补偿网络进行分析

1万 · 2015-2-4 23:41

引言

电压型单环回路控制简单，在各个领域应用最为广泛。应用于小功率开关电源时，补偿网络可以简单地用分压反馈与基准放大比较来实现。而在大功率电路中校正的难度很大，精度不足。目前仅满足于反复调试，费时费力。本文就这个问题作一探讨。

1 电压型PWM逆变控制系统结构及原理

逆变控制系统的最终输出可以是直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、频率或功率，在输出部分需进行滤波。大多数逆变系统输出是直流电压，也就是说，系统输出和调节的是直流电压量，当然逆变变压器副边还有整流电路。脉宽调制(PWM)型开关稳压电源就是只对输出电压进行采样，实行闭环控制，这种控制方式属电压控制型，是一种单环控制系统。对于这些系统，其反馈量就是输出电压的一定比例值，用给定电压与反馈电压的误差信号来调节PWM脉冲的宽度，我们通常把这种逆变控制系统称作电压型PWM控制系统。对于大部分电压型PWM逆变控制系统，不论是直流输出还是交流输出，其控制系统的结构框图都可以统一地画成如图1所示的形式。

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图1电压型PWM逆变控制系统结构框图

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图2电压型PWM逆变控制系统

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该逆变系统的开环传递函数G(S)H(S)由下式给出：

1万 · 2015-2-4 23:43

其最大缺点是：控制过程中电源电路内的电流值没有参与进去。众所周知，开关电源的输出电流是要流经电感的，故对于电压信号有90度的相位延迟，然而对于稳压电源来说，应当考虑电流的大小，以适应输出电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的，因此仅采用输出电压采样的方法，其响应速度慢，稳定性差，甚至在大信号变化时，会产生振荡，造成功率管损坏等故障。

2.系统的分析和设计

误差放大器(或调节器)若是比例环节，式(6.12)和(6.13)都是二阶的，即系统是二阶系统。二阶系统是一个有条件的稳定系统。另外，由于输出滤波参数LC一般比较大，频率参数

1万 · 2015-2-4 23:43

比较低。所以，系统在中频段是以-40dB/dec的斜率穿过L(ω)=0 这条线.在这个系统中，即使采用PI调节器，也只是为了减小稳态误差。所以，零点也很低，中频段仍然以-40dB/dec的斜率穿越零线，如图3所示。

图3 电压型PWM逆变控制系统幅频特性曲线

1万 · 2015-2-4 23:43

为了使系统满足稳态性能、动态性能和稳定性的要求，就要使在该系统中就要进行校正。显然，在中频段，加一个串联的超前校正环节(有源或无源)如图4，就能使其开环幅频特性的低、中、高频段都能满足要求，如图4所示。

图4校正网络

1万 · 2015-2-4 23:44

3.加入补偿网络

分压反馈处，由于电感电压滞后，所以在反馈处将R1两端并联一条电阻和电容的支路，通过电容电压的超前从而使反馈能瞬时反映出输出电压的变化。由于R1,R2的比值很大，通过在R2的两端并联一个电容来感应输出的微弱变化。

1万 · 2015-2-4 23:44

其幅频特性曲线如下：

加校正环节的电压型PWM逆变控制系统幅频特性曲线

对电压型大功率开关电源补偿网络进行分析

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