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高頻開關電源的單周期控制的Buck開關轉換器的工作波形

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年05月18日  

圖給出了單周期控制的Buck開關轉換器的工作波形:ui、ur及


ui波形圖中的陰影面積即為A。考慮到輸人電壓的紋波,ui的波形為直流電壓和紋波電壓的疊加。在圖(a)中,給定電壓ur=Ur為常數,在圖(b)中,給定電壓ur為一個階躍函數。


圖單周期控制的Buck開關轉換器的工作波形


主開關管V導通時,積分器的輸出A上升;當其峰值等于Ur時,V關斷,與此同時V1閉合;積分器立即復位回零,為下一個周期的積分做好準備。可知,A的峰值能較好地跟蹤給定電壓ur。A的變化率dA/dt等于輸人電壓ui(或與ui成正比),假如輸人電壓上升,則A的斜率變大,使A更快地達到ur,其結果是使占空比Du,減小;反之假如輸人電壓ui下降,則Du將增大。


占空比Du由式(9-11)決定:


可見,占空比Du是Ui和Ur的非線性函數:


Du=f(ui,ur)


并且,當前開關周期的占空比Du,與前一個周期的狀態無關,只取決于該開關月期的ui和ur。也就是說,當輸人電壓或給定電壓等變化時,占空比Du或輸出電壓的瞬態響應過程可以在一個開關周期內結束。這就是“單月期控制”的含義。


上面介紹了單周期控制的DC/DCBuck轉換器的原理,推廣到一般情況時,單周期控制理論可以簡述如下:假設一個開關轉換器的主開關管以開關頻率fs=1/Ts按開關函數k(t)工作


占空比Du,由給定電壓ur調制。主開關管輸人的信號x(t)經過斬波,得到開關變量y(t),其頻率、脈寬均與k(t)相同,而y(t)的包絡線則與信號x(t)相同。


例如式(9-10)中的ui即x(t),uD即y(t)。


假設輸入電壓ui和給定電壓ur的帶寬遠遠小于開關頻率。由式(9-13)可知,主開關管輸出端的有效信號,即開關變量的平均值:


即開關變量的平均值嚴格地等于每一個開關周期的給定電壓ur。


單周期控制的關鍵元件是積分電容。主開關管導通時,反饋控制積分器開始積分,y(t)積分值與ur實時進行比較,當A=ur時,控制器發出命令,改變主開關管的工作狀態,同時積分器復位到零。在該周期內,占空比Du由式(9-14)決定。


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