電力操作電源兩種控制方式的比較

1引言

開關(guān)電源是一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，開關(guān)電源的控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是其設(shè)計(jì)的重要組成部分。其常用的設(shè)計(jì)步驟是對(duì)主電路建立小信號(hào)模型，作出開環(huán)波特圖，然后根據(jù)性能指標(biāo)要求，運(yùn)用經(jīng)典自動(dòng)控制理論，設(shè)計(jì)校正系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。很多研究者對(duì)開關(guān)電源的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析[1][4]。

應(yīng)用在電力領(lǐng)域的開關(guān)電源一般要求能工作在恒壓和恒流兩種模式，在控制上有兩種常用的實(shí)現(xiàn)方式：一種是采用并聯(lián)式雙環(huán)控制，在系統(tǒng)中建立兩個(gè)獨(dú)立的電壓環(huán)和電流環(huán)。這種控制方式簡單穩(wěn)定，容易設(shè)計(jì)，穩(wěn)定時(shí)只工作在某個(gè)單環(huán)控制下，兩個(gè)控制環(huán)不會(huì)互相干擾，可以保證很好的恒壓和恒流精度。另一種是采用串級(jí)式雙環(huán)控制，當(dāng)系統(tǒng)工作在恒壓模式下時(shí)是用雙環(huán)控制，工作在恒流模式下是用單環(huán)控制。

電力操作電源一般為并聯(lián)工作的模塊式電源，在這種并聯(lián)運(yùn)行的電源中限流特性十分重要，否則當(dāng)一臺(tái)模塊退出工作時(shí)，其它模塊會(huì)因不能及時(shí)限流而引起連鎖反應(yīng)，相繼保護(hù)退出工作。另外，從控制的角度來說，減小運(yùn)行參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性是很重要的。本文通過對(duì)兩種控制方式進(jìn)行建模分析，對(duì)兩種控制方式的限流速度和控制穩(wěn)定性進(jìn)行了比較，并通過實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。

2兩種控制方式分析

21并聯(lián)式雙環(huán)控制方式

這種控制方式電路原理圖如圖1所示，使用兩個(gè)并聯(lián)的單環(huán)分別實(shí)現(xiàn)電路的恒壓和恒流功能，電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出和電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出均通過一個(gè)二極管接到三角波比較器的正輸入端，電路工作時(shí)，若電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出UV1小于電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出UC1，則DV1導(dǎo)通，電路工作在電壓環(huán)控制模式；反之DC1導(dǎo)通，電路工作在電流環(huán)控制模式。這種控制方式下，在穩(wěn)定工作時(shí)，電壓環(huán)和電流環(huán)只有一個(gè)環(huán)在工作，不會(huì)互相干擾。而且單環(huán)控制的設(shè)計(jì)和分析都相

圖1并聯(lián)式雙環(huán)控制方式的電路原理圖

圖2電壓環(huán)單環(huán)控制模式下的電路方框圖

圖3電流環(huán)單環(huán)控制模式下的電路方框圖

圖4電壓環(huán)單環(huán)開環(huán)波特圖

圖5電流環(huán)單環(huán)開環(huán)波特圖

對(duì)簡單。但由于電壓環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)器輸出端接在一起，在過渡過程中，特別是當(dāng)兩個(gè)環(huán)之間進(jìn)行切換時(shí)，會(huì)形成相互干擾，可能會(huì)導(dǎo)致電路工作不穩(wěn)定。

圖2是工作在電壓環(huán)單環(huán)控制模式時(shí)的電路方框圖。圖3是工作在電流環(huán)單環(huán)控制模式時(shí)的電路方框圖。圖2、圖3中：

H為輸出電壓采樣系數(shù)，H=R2/(R1＋R2)；

FM為脈寬調(diào)制器的傳遞函數(shù)，F(xiàn)M=1/UPP，（UPP為三角波峰峰值）；

GV(s)為電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；

GdV(s)為主電路的占空比對(duì)輸出電壓的開環(huán)傳遞函數(shù)；

Ki為電感電流采樣系數(shù)；

Gi(s)為電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；

Gdi(s)為主電路的占空比對(duì)電感電流的開環(huán)傳遞函數(shù)。GV(s)=(1)GdV(s)=×(2)Gdi(s)=×(3)

式中：Uin輸入直流母線電壓；

L為輸出濾波電感值；

RL為濾波電感的電阻；

C為輸出濾波電容；