开关电源控制

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,3,电力电子装置的建模及控制技术,3.1 电力电子主电路的建模,3.2 系统的传递函数,3.3 电压模式和电流模式控制,3.4 常用,PWM,控制芯片,1,3.1电力电子主电路的建模,理想开关模型,状态空间平均模型,小信号模型,典型电力电子电路的传递函数,2,电力电子装置的特点,电力电子装置控制系统结构,与常规控制系统比较：,1. 相同点：分析思路及分析方法相近,2. 不同点：控制对象模型复杂（非线性、时变等）,图1 电力电子装置控制系统结构,3,电力电子主电路的建模,器件模型,微模型,宏模型,即使不考虑器件开关过程器件的复杂性电力电子电路模型也是非线性的,电力电子器件的理想开关模型对控制系统的建模和分析已经足够精确,4,电力电子主电路的建模,电力电子主电路的建模,理想开关模型 （时变、非线性）,状态空间平均模型 （定常、非线性）,小信号模型 （定常、线性）,5,理想开关模型,理想开关模型,开关导通期间： 开关关断期间：,6,理想开关模型,理想开关模型,选取为,i,L,、,u,C,状态变量，电路的状态方程可表示为：,7,理想开关模型,理想开关模型,横坐标：时间(,s),a),u,C,单位,V b),i,L,单位,A,利用理想开关模型求得的数值解,8,状态空间平均模型,状态平均模型,即,9,状态空间平均模型,状态平均模型,横坐标：时间(,s),a),u,C,单位,V b),i,L,单位,A,利用状态空间平均模型求得的数值解,10,小信号模型,在电路工作点处对方程进行线性化得：,11,小信号模型,对降压斩波电路,在电路工作点处对方程进行线性化得：,12,传递函数模型,对状态方程进行拉氏变换：,13,传递函数模型,对降压斩波电路,求得传递函数为：,14,获得传递函数模型的其他方法,对降压斩波电路,在一个开关周期内求平均得：,15,降压斩波电路的频率特性,U,o,(s),d,(s),16,不同电路的等效,Buck,斩波电路,全桥,电路,正激电路,17,升压斩波电路的小信号模型,升压,斩波电路,经过状态空间平均及工作点处线性化后，系统的传递函数：,18,升压斩波电路的频率特性,U,o,(s),d,(s),19,升降压斩波电路的小信号模型,升降压斩波电路,经过状态空间平均及工作点处线性化后，系统的传递函数：,20,不同电路的等效,升降压,斩波电路,反激,电路,S,i,L,i,C,t,on,t,off,t,t,t,O,O,O,21,状态空间平均小信号模型,状态空间平均模型、小信号的使用范围：,频率低于开关频率的1/31/5；,工作点附近小范围。,22,3.2 系统各环节的传递函数,电力电子控制系统的主要环节：,开关电路（主电路）,PWM,环节,调节器,反馈及滤波环节,23,系统各环节的传递函数,1. PWM,环节,忽略延时：,考虑延时：,24,系统各环节的传递函数,2. 调节器,常用的调节器结构,：P、PI、PID,等。,25,系统各环节的传递函数,比例调节器,控制量与误差同时产生，速度快,对不同频率放大倍数相同。容易产生高频振荡，低频增益不易提高。,26,系统各环节的传递函数,比例积分调节器,对阶跃输入信号可以实现无静差。,27,系统各环节的传递函数,PID,调节器,可以根据误差的变化趋势产生控制量，抑制输出的振荡。,28,3.3 电压模式和电流模式控制,电压模式控制：单一的电压闭环,29,3.3 电压模式和电流模式控制,电流模式控制：引入电流内环,系统的稳定性增强；,系统的动态特性得到改善；,具有快速的限流能力,分为平均电流模式和峰值电流模式。,30,平均电流模式控制,平均电流模式控制系统结构,31,平均电流模式控制,平均电流模式控制的原理,32,峰值电流模式控制,峰值电流模式控制系统结构,33,峰值电流模式控制,峰值电流模式控制系统结构 峰值电流模式控制系统输入输出信号,34,峰值电流模式控制,峰值电流模式控制系统的特点：,可以准确、快速地限制最大电流；,容易受开关噪声的影响；,占空比大于50%时需要进行斜率补偿。,分频振荡现象 峰值电流模式的斜率补偿,35,峰值电流模式控制,峰值电流模式的数学模型,其中阻尼系数,36,典型电源的控制系统结构,电压单闭环,BUCK,类电源模型,电压模式控制的,BUCK,类电源模型,37,采用平均电流内环的开关电源模型,电压电流双闭环,BUCK,类电源模型,38,采用平均电流内环的开关电源模型,电压电流双闭环,BUCK,类电源模型,39,采用平均电流内环的开关电源模型,电压电流双闭环,BUCK,类电源模型,U,*,(,s,),-,I,o,(,s,),U,d,(,s,),U,u,+,-,-,+,-,U,i,CR,1/,R,T,l,s+,1,1,Cs,U,*,I,(,s,),U,c,(,s,),K,s,T,s,s+,1,I,L,+,T,oi,s+,1,1,T,0i,s+,1,VR,1,T,0u,s+,1,T,ou,s+,1,U,o,(s),电流环,40,3.4 常用控制芯片介绍,(1) 按,PWM,产生模式分为：,电压型,PWM（Voltage Mode）,电流型,PWM（Current Mode）,(2),按应用电路形式可分为：,单端 (,Single-Ended),双端 (,Double-Ended),41,3.4 常用控制芯片介绍,控制芯片具备的功能：,PWM,比较,误差放大器,振荡器,驱动放大,基准源,软启动,欠压保护,死区时间控制（双端电路）,42,3.4常用控制芯片介绍,(1),SG3525（UC3525,KA3525,等）,适合于双端拓扑,电压型,PWM,控制,开关频率500,kHz,43,3.4常用控制芯片介绍,(1),SG3525（UC3525,KA3525,等）,PWM,比较,误差放大器,振荡器,驱动放大,基准源,软启动,欠压保护,死区时间,44,3.4常用控制芯片介绍,(2),UC3842,适合于单端拓扑,电流型,PWM,控制,开关频率500,kHz,45,3.4常用控制芯片介绍,(3),UC3875,适合于移相全桥拓扑,电压/电流型,PWM,控制,开关频率1,MHz,46,3.4 常用控制芯片介绍,(3),UC3875,47,