ZVT－PWM移相軟開關通信基礎--電源模塊的設計

3．2控制系統(tǒng)的環(huán)路設計

　　開關穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3開關穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

　　控制系統(tǒng)環(huán)路設計就是通過對系統(tǒng)的環(huán)路及其對小信號的響應進行分析，選擇合適的調(diào)節(jié)器，并采取適當?shù)男ＵW(wǎng)絡，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標及其穩(wěn)定性都能滿足要求。具體說就是，穩(wěn)態(tài)無靜差、動態(tài)響應速度足夠快、系統(tǒng)穩(wěn)定、抗高頻干擾能力強。要使系統(tǒng)滿足以上性能，其開環(huán)傳遞函數(shù)L（ω）就必須滿足以下要求[3]：

　?。?）低頻段以－20dB/Dec或－40dB/Dec的斜率下降，無穩(wěn)態(tài)誤差；

　?。?）中頻段以－20dB/Dec斜率下降，系統(tǒng)的穩(wěn)定余量較大，中頻帶寬要足夠?qū)?，以保證系統(tǒng)的動態(tài)響應速度；

　?。?）高頻段以－40dB/Dec或－60dB/Dec的斜率下降，對高頻干擾衰減快。

　　PWM環(huán)節(jié)是線性的，其傳遞函數(shù)為K1，逆變開關電路和變壓器組合也是線性的，其傳遞函數(shù)為1/n，n為變壓器一、二次側(cè)匝數(shù)之比。輸出LC濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為1/（s2LC＋1）,輸出電壓反饋網(wǎng)絡也是線性的，其傳輸函數(shù)為：KB=R2/（R1＋R2）。假設誤差放大器（或調(diào)節(jié)器）的傳遞函數(shù)為G1（s），則圖3所示的系統(tǒng)就可以寫成傳遞函數(shù)的形式，見圖4。

　　若誤差放大器為比例調(diào)節(jié)器，即G1（s）=KP，則控制系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)見式（6），幅頻特性曲線見圖5（a）。這種系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差比較大，并且是有條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，穩(wěn)定余量太小。

圖6比例積分（PI）調(diào)節(jié)器和無源超前校正網(wǎng)絡

圖4開關穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　解決以上問題的方法：

　?。?）采用比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，見圖6（a），傳遞函數(shù)見式（7）；

　?。?）采用無源超前校正，見圖6（b），傳遞函數(shù)見式（8）。

圖5二階系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線和

圖6比例積分（PI）調(diào)節(jié)器和無源超前校正網(wǎng)絡

校正后的系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線

　　校正后的系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性曲線見圖5（b），基本能夠滿足上述的要求。（7）（8）

　　在進行以上環(huán)路設計的同時，還要遵循以下兩個基本點：

　?。?）交越頻率ωC即L（ω）=0時頻率為逆變開關頻率fC的（1/4～1/5）；

　?。?）中頻帶寬b=ω4/ω3≈10。

4設計實例及試驗結(jié)果

　　采用移相全橋ZVT軟開關變換電路設計的DMA－48/50通信開關電源模塊，輸入電壓為三相380V±20％，輸出電壓為43.2～57.6V可調(diào)，輸出電流為50A。選用IRG4PF50W型高速IGBT做開關管，開關頻率為40kHz，選用UC3879做集成控制芯片，振蕩頻率設為80kHz。引線電感加變壓器一次側(cè)漏感約為1.5μH，外加電感為6.5μH左右,L1=8μH,IO=18.5A時開始實現(xiàn)ZVT,最大占空比Dmax=0.88。系統(tǒng)環(huán)路設計采用了PI調(diào)節(jié)器和無源超前校正，ω≈9kHz，中頻帶寬b=ω4/ω3≈11.2。

　　測試結(jié)果系統(tǒng)穩(wěn)定、控制精度高、動態(tài)響應快、抗干擾能力強，基本參數(shù)如下：

　　功率因數(shù)：PF=0.948（50A，57.6V）

　　效率：η=92.6％(50A,57.6V)。

　　輸出峰－峰雜音：130mV。

5結(jié)束語

　　移相全橋ZVT變換電路是中、大功率直流電源變換器理想的方案之一，它效率高、EMI小、開關管的定額要求低、成本低。設計時，要根據(jù)散熱平衡優(yōu)化實現(xiàn)ZVT軟開關的最小電流，既能提高功率傳輸?shù)男?，又可降低成本。系統(tǒng)的環(huán)路設計要綜合考慮穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能指標和穩(wěn)定性，采取必要的校正措施，并要設計合適的交越頻率和中頻帶寬。采用移相全橋ZVT變換電路設計的DMA－48/50通信用基礎開關電源，已經(jīng)通過了原郵電部的入網(wǎng)測試，并取得了進網(wǎng)許可證。