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(guān)PWM變換器（PS-ZVS-PWM變換器）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓源控制的模式之一。對(duì)該控制模式進(jìn)行了分析研究，并提出克服電壓型控制模式主要缺點(diǎn)的方法。

關(guān)鍵詞：PS-ZVS-PWM變換器 電壓型控制 分析研究

0 引言

利用單環(huán)反饋的設(shè)計(jì)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(hào)構(gòu)成的單閉環(huán)電壓型控制系統(tǒng)。電壓模式控制具有單一反饋電壓環(huán)設(shè)計(jì)、調(diào)試比較容易；占空比調(diào)節(jié)不受限制；對(duì)輸出負(fù)載的變化有較好響應(yīng)調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。下面以PS-ZVS-PWM變換器為例來(lái)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(guān)PWM變換器利用變壓器的漏感和功率管的寄生電容來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，是中大功率直-直變換場(chǎng)合理想的方式之一。PS-ZVS-PWM變換器實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)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(jìn)行分析。

電壓模式控制是指以輸出電壓作為反饋信號(hào)構(gòu)成單閉環(huán)電壓型控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

■

圖1 電壓模式控制結(jié)構(gòu)框圖

這里KPWM=■=1，RP=■=124.4444e-3

將各參數(shù)代入得控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為：

Gvd（S）=■（1）

是一個(gè)二階系統(tǒng)，它的控制器按BODE圖設(shè)計(jì)[1，2]。

未調(diào)整前系統(tǒng)的開環(huán)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(dāng)于在S平面原點(diǎn)增加了一個(gè)極點(diǎn)，同時(shí)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(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的BODE圖如圖3所示，其開環(huán)截止頻率為4.03e3rad/sec，相角裕量為55.9deg；幅值裕量為inf。開環(huán)截止頻率遠(yuǎn)小于PWM調(diào)制頻率20kHz，滿足要求[5]。

2 電壓模式控制的優(yōu)缺點(diǎn)分析

電壓模式控制的優(yōu)勢(shì)：在采用低阻抗功率輸出時(shí)，對(duì)多輸出電源具有較好的交互調(diào)節(jié)性能；單環(huán)反饋的設(shè)計(jì)和分析比較容易；鋸齒波振幅較大，可使穩(wěn)定的調(diào)制過(guò)程具有較好的噪聲余裕。

電壓模式控制的劣勢(shì)：環(huán)路增益隨輸入電壓變化，因此會(huì)使補(bǔ)償變得更加復(fù)雜化；任何輸出負(fù)載或輸出電壓的變化必將首先轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化，之后再經(jīng)反饋環(huán)采樣反饋控制調(diào)節(jié)，也就是說(shuō)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢；由于輸出濾波器對(duì)控制環(huán)增加了兩個(gè)極點(diǎn)，所以就需要增加一個(gè)零點(diǎn)補(bǔ)償。隨著電力電子和集成電路技術(shù)的發(fā)展，電壓型控制模式的一些主要問(wèn)題可通過(guò)采用高性能的集成控制器來(lái)解決。例如，電壓前饋技術(shù)可以解決由輸入電壓變化帶來(lái)的問(wèn)題[6]。

3 結(jié)論

電壓模式控制有其優(yōu)點(diǎn)，又有其缺點(diǎn)。優(yōu)先考慮使用電壓型控制模式的情況有：在需要避免斜坡補(bǔ)償和雙環(huán)控制的場(chǎng)合；要求能較好地進(jìn)行交互調(diào)節(jié)且具有多輸出電壓；要求電流上升率太低，輕載負(fù)載電流太小且不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的脈寬調(diào)節(jié)；要求輸出負(fù)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(chǎng)合，電流波形中的噪聲不好處理。根據(jù)具體的需要來(lái)選擇控制類型，可設(shè)計(jì)出品質(zhì)優(yōu)良的開關(guān)電源。

參考文獻(xiàn)：

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[6]王創(chuàng)社，樂(lè)開端，譚玉山，杜忠.開關(guān)電源兩種控制模式的分析與比較[J].電力電子技術(shù)，第3期，78-81頁(yè)，1998.

作者簡(jiǎn)介：郭健鵬（1984-），男，山西太原人，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：電力電子。