PWM开关电源闭环控制的仿真研究

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1、<电气开关)(2OlO．No．1)信号的采样与处理环节、调节环节和PWM控制等环根据式(4)、(5)和图3，可求出变压器的传递函节构成。按照各部分(环节)的实际电路构成，并针对数：其主要特征，便可以建立相应的仿真模型。==嚣=3．1主电路部分3．1．1输入回路：nZ(z2+面／12Z)+Z1(Z2+Z+面，lZ)(、8。)根据阻抗计算原则：保持其电路结构不变而把它所带的负载全部折算到其末端作为等效负载，由图2这种条件下，DC—DC变换器的传递函数为：有：A(s)：iu2：招(s)(9)Z”=Rl+l+(R

2、+乩)／／(z+尺2+乩2)●●3．1．3输出回路’(1)对输出回路建模，需要注意两点：一是由于整流桥足=焉+R：LI：的单向导电性，所以电感电流i相对于参考方向不能为负值；二是要精确反映输出电压(电流)的波形，就必须在模型中把输出滤波器考虑进去。、c3、c4构成输出滤波器，且由L、R。、R和、之间所构成的关系式如下：图2变压器的T形等图3变压器近似=(10)效电路图等效电路又根据T型等效电路的特殊情况：z远大于z，IL=Ill3一Ica(11)且，m非常小，电路可简化为图3，所以当电源趋于满负Ica=s

3、c3(12)载时有：，L=(13)Z”=ii,2Z，l2(2)Uo=Rd，d=Rd(IL一)=Rd(IL—sC4Uo)(14)3．1．2DC—DC变换器3．2控制回路部分DC—DC变换器是开关电源的主要组成部分，也在控制回路中，两条反馈支路的电路结构基本相是影响仿真结果的关键环节。如果把绝缘栅双极型晶同，因此本文仅选择电压调节支路作为对象来研究体管(IGBT)、整流二极管和变压器都看成理想器件，那么变压器一、二次侧电压有效值可分别表示为：(如图4所示)。U，=Ed(3)式中：d为开关占空比。：：(4)变压

4、器变比为／1：1。此在这种条件下，DC—DC变换器的线性传递函数为：图4控制回路(电压部分)原理图(1)反馈信号的采样与处理环节A1(s)=警=id(5)反馈信号的采样与处理是通过电压采样电路对主若考虑变压器的影响，则可以通过其T形等效电电路中的输出电压进行采集，再经过比例放大器进行路(如图3所示)来加以分析。根据文献[5]有：适当的缩小，以便得到适当的值送给PI调节器进行调Z=／1Z(6)节。U2=(7)(2)调节环节式中：z为变压器副边所带负载阻抗总和；调节环节是一个带限幅输出的PI调节器，即一个z为

5、z折算到此等效电路中的折合阻抗。非线性环节。根据图4可以列出其模型表达式：<电气开关》(2010．No．1)23n12=一J『(ff-Ur)d￡(15)其中，Ur一R12为比例部分，tHs(a)U,=45v时，输出电压的波形(b)U,=48v时，输出电压的波形1J(Uf—U~)dt为积分部分。(3)PWM控制器根据PWM控制器的工作原理，当控制电压改变时，其输出电压要到下一个周期才能改变。针对PWM控制器的这一特点，它可以看成是一个滞后环节，而且t魄s它的延时最大不超过一个开关周期(501~s)。(c)u

6、,=s0v时，输出电压的波形(d)U,=55v时，输出电压的波形综合上述分析，便可建立图5所示的电源系统模图6输出电压的波形型。此模型将线性传递函数和非线性控制模型电路相结合，完整地表达了一个开关电源系统内部的控制关5总结系。这种建模方法有效地借鉴了自动控制系统的模型通过数学分析的方法，提取电路系统中主要的部构造思想，清楚地表达了系统的数学和物理概念，因而分和环节，并将其表示为线性传递函数或非线性控制具有较高的理论指导价值。模型，便可建立一种全系统的符号仿真模型。运用这种模型进行仿真，最终提高了仿真速度，

7、又实现了较大系统的主控回路联合仿真。这种分析方法和建模思路具有纯数学特点，反映的数学和物理概念直观、清晰、准确。采用这种模型，既有效反映了电路系统的整体特征，又突出了其局部的主要特征。它不仅可以用来分析电路系统的输入和输出响应关系，还可以用来分析电路系统的动态响应过程。参考文献图5电源控制系统模型[1]GuinjoanF，CalenteJ，PovedaA，eta1．L丑rgeSignalModelingandSimulationofSwitchingDC—DCConve~em[J]．IEEETransEl

8、ectronics，4仿真结果及分析1997，12(3)：485—494．[2]王兴贵．全桥型DC／DC开关电源的建模与控制[J]．电力电子技根据图5所示的控制系统模型，建立MATLAB／术，2007，41(7)：86—88．Simulink模型，并对该模型进行电压调节部分瞬态分[3]薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用析仿真。仿真中主要参数为：f=0—2s，输入电压为[M]．北京：清华大学出