关于电力操作电源两种控制方式的比较

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1、关于电力操作电源两种控制方式的比较　　１引言　　开关电源是一个闭环的自动控制系统，开关电源的控制环节的设计是其设计的重要组成部分。其常用的设计步骤是对主电路建立小信号模型，作出开环波特图，然后根据性能指标要求，运用经典自动控制理论，设计校正系统，使系统具有良好的稳态和暂态性能。很多研究者对开关电源的控制系统进行了分析[1][4]。　　应用在电力领域的开关电源一般要求能工作在恒压和恒流两种模式，在控制上有两种常用的实现方式：一种是采用并联式双环控制，在系统中建立两个独立的电压环和电流环。这种控制方式简单稳定，容易

2、设计，稳定时只工作在某个单环控制下，两个控制环不会互相干扰，可以保证很好的恒压和恒流精度。另一种是采用串级式双环控制，当系统工作在恒压模式下时是用双环控制，工作在恒流模式下是用单环控制。　　电力操作电源一般为并联工作的模块式电源，在这种并联运行的电源中限流特性十分重要，否则当一台模块退出工作时，其它模块会因不能及时限流而引起连锁反应，相继保护退出工作。另外，从控制的角度来说，减小运行参数对控制系统稳定性的影响，增强系统的鲁棒性是很重要的。本文通过对两种控制方式进行建模分析，对两种控制方式的限流速度和控制稳定性进行

3、了比较，并通过实验得到了验证。　　2两种控制方式分析　　21并联式双环控制方式　　这种控制方式电路原理图如图1所示，使用两个并联的单环分别实现电路的恒压和恒流功能，电压环PI调节器输出和电流环PI调节器输出均通过一个二极管接到三角波比较器的正输入端，电路工作时，若电压环PI调节器输出UV1小于电流环PI调节器输出UC1，则DV1导通，电路工作在电压环控制模式;反之DC1导通，电路工作在电流环控制模式。这种控制方式下，在稳定工作时，电压环和电流环只有一个环在工作，不会互相干扰。而且单环控制的设计和分析都相对简单。

4、但由于电压环和电流环的调节器输出端接在一起，在过渡过程中，特别是当两个环之间进行切换时，会形成相互干扰，可能会导致电路工作不稳定。　　　　图1并联式双环控制方式的电路原理图　　　　图2电压环单环控制模式下的电路方框图　　　　图3电流环单环控制模式下的电路方框图　　　　图4电压环单环开环波特图　　　　图5电流环单环开环波特图　　图2是工作在电压环单环控制模式时的电路方框图。图3是工作在电流环单环控制模式时的电路方框图。图2、图3中：　　H为输出电压采样系数，H=R2/(R1+R2);　　FM为脉宽调制器的传递函数，

5、FM=1/UPP，(UPP为三角波峰峰值);　　GV(s)为电压环PI调节器的传递函数;　　GdV(s)为主电路的占空比对输出电压的开环传递函数;　　Ki为电感电流采样系数;　　Gi(s)为电流环PI调节器的传递函数;　　Gdi(s)为主电路的占空比对电感电流的开环传递函数。GV(s)=(1)GdV(s)=×(2)Gdi(s)=×(3)　　式中：Uin输入直流母线电压;　　L为输出滤波电感值;　　RL为滤波电感的电阻;　　C为输出滤波电容;　　RC为滤波电容的串联等效电阻;　　R为负载电阻。[内容是第一电源网收集

6、于互联网]　　由图2可得电压环单环的开环传递函数为：　　Tvo1(s)=HFMGV(s)GdV(s)(4)　　由图3可得电流环单环的开环传递函数为：　　Tio1(s)=KiFMGi(s)Gdi(s)(5)　　将如图1所示的实际电路参数代入式(4)和(5)，其中Uin=515V，Upp=3.5V，Ki=0.1。做出波特图。图4为电压环开环波特图，其剪切频率为1.5kHz，相位裕量为28°。图5为电流环开环波特图，其剪切频率为10kHz，相位裕量为81°。　　2.2串级型双环控制方式　　这种控制方式的电路原理图如图6

7、所示，它在结构上将两个单环串联起来，同样也能实现电路恒压和恒流两种工作方式。当D3导通时，电路工作在恒流模式，此时，电压环不起作用，电路相当于单环控制，其电路方框图和传递函数同图1所示电路工作在恒流模式是一样的，不再重复。当D3截止时，电路工作在恒压模式下，电路采用串级双环控制，电流环作为电压环的内环，电压环PI调节器的输出UV2作为电流环PI调节器的给定。其电路方框图如图7所示，在设计参数时，先设计电流环的调节器，获得稳定的内环，然后得到电流环的闭环传递函数Tic(s)，并将其作为电压环的一个环节，如图8所示，

8、然后设计电压环的调节器。这种控制方式的较大的优点是很好地解决了电路的限流问题，使电路具有较快的限流响应速度。但是这种控制方式的实际限流给定是限流值Uiref加上D3的管压降，因为D3的管压降与通过它的电流有关，所以这种控制方式的稳流精度不如前面那种控制方式，但可以通过调节电阻R3，减小D3管压降的变化量，以提高这种控制方式的稳流精度。　　图8电压环双环控制方式下的等效电路