基于Matlab的移相零電壓PWM變換器的電壓模式控制仿真研究

摘要：采用電壓模式控制是移相控制零電壓開關PWM變換器（PS-ZVS-PWM變換器）實現穩壓源控制的模式之一。對該控制模式進行了分析研究，并提出克服電壓型控制模式主要缺點的方法。

關鍵詞：PS-ZVS-PWM變換器 電壓型控制 分析研究

0 引言

利用單環反饋的設計和分析比較容易，電壓模式控制就是以輸出電壓作為反饋信號構成的單閉環電壓型控制系統。電壓模式控制具有單一反饋電壓環設計、調試比較容易；占空比調節不受限制；對輸出負載的變化有較好響應調節等優點。下面以PS-ZVS-PWM變換器為例來分析研究其電壓模式控制。

1 電壓模式控制

移相控制零電壓開關PWM變換器利用變壓器的漏感和功率管的寄生電容來實現零電壓開關，是中大功率直-直變換場合理想的方式之一。PS-ZVS-PWM變換器實現的穩壓源的控制模式有電壓模式控制和電流模式控制，下面采用電壓模式控制進行分析。

電壓模式控制是指以輸出電壓作為反饋信號構成單閉環電壓型控制系統，其結構框圖如圖1所示：

■

圖1 電壓模式控制結構框圖

這里KPWM=■=1，RP=■=124.4444e-3

將各參數代入得控制對象的傳遞函數為：

Gvd（S）=■（1）

是一個二階系統，它的控制器按BODE圖設計[1，2]。

未調整前系統的開環BODE圖如下圖2：

電壓控制器用PID控制器[3，4]，采用PID校正，相當于在S平面原點增加了一個極點，同時使中頻段以-20dB/sec穿越0dB線，高頻段以-40dB/sec衰減。PID控制器的形式整定為：

GAVR（S）=■ （2）

整定后系統開環傳遞函數的BODE圖如圖3所示，其開環截止頻率為4.03e3rad/sec，相角裕量為55.9deg；幅值裕量為inf。開環截止頻率遠小于PWM調制頻率20kHz，滿足要求[5]。

2 電壓模式控制的優缺點分析

電壓模式控制的優勢：在采用低阻抗功率輸出時，對多輸出電源具有較好的交互調節性能；單環反饋的設計和分析比較容易；鋸齒波振幅較大，可使穩定的調制過程具有較好的噪聲余裕。

電壓模式控制的劣勢：環路增益隨輸入電壓變化，因此會使補償變得更加復雜化；任何輸出負載或輸出電壓的變化必將首先轉化為輸出電壓的變化，之后再經反饋環采樣反饋控制調節，也就是說動態響應速度較慢；由于輸出濾波器對控制環增加了兩個極點，所以就需要增加一個零點補償。隨著電力電子和集成電路技術的發展，電壓型控制模式的一些主要問題可通過采用高性能的集成控制器來解決。例如，電壓前饋技術可以解決由輸入電壓變化帶來的問題[6]。

3 結論

電壓模式控制有其優點，又有其缺點。優先考慮使用電壓型控制模式的情況有：在需要避免斜坡補償和雙環控制的場合；要求能較好地進行交互調節且具有多輸出電壓；要求電流上升率太低，輕載負載電流太小且不能實現穩定的脈寬調節；要求輸出負載有可能變化且輸入電壓范圍較寬；在大功率且干擾大的場合，電流波形中的噪聲不好處理。根據具體的需要來選擇控制類型，可設計出品質優良的開關電源。

參考文獻：

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[3]毛鴻，吳兆麟，沈琦.高精度開關穩壓電源的系統分析與設計[J].電力電子技術，1999，第2期：1-4.

[4]許會軍.數字控制DC_DC變換器的研究[D].天津大學，2006.

[5]Hamill D C.Generalized small-signal Dynamical Modeling of Multi-port DC-DC Converters[C].Power Electronics Specialists Conference，1997.PESC'97 Record.28th Annual IEEE，22-27 Jun 1997，VOL.1：421-427.

[6]王創社，樂開端，譚玉山，杜忠.開關電源兩種控制模式的分析與比較[J].電力電子技術，第3期，78-81頁，1998.

作者簡介：郭健鵬（1984-），男，山西太原人，本科，助理實驗師，研究方向：電力電子。