探討開關電源控制方法

袁志敏　方杰

摘? ?要：開關電源控制方法對電網運行具有重要影響，文章詳細分析了開關電源的數字控制技術，并介紹了一款開關電源控制系統。

關鍵詞：開關電源;控制模式;數字控制技術

開關電源是現代電子電力技術發展的產物，通過控制開關的開通與關斷時間比率，實現電壓的穩定輸出。隨著現代信息技術的發展，開關電源控制方法已經發生了明顯變化，尤其是數字化技術的演變，為開關電源的控制方法提供了新的發展方向，值得關注。

1? ? 開關電源的數字控制技術分析

近些年，數字控制技術開始在社會各界得到廣泛應用。對于電力系統而言，數字控制技術的產生能夠滿足控制領域以及生產監控的要求，具有可行性。對電力系統而言，數字控制技術能夠進一步優化開關電源的控制模式，不僅提高了開關電源的智能化水平，還滿足遠程動態監測的需求。有研究認為，現階段在開關電源市場上，標準化電源數量增加，但是從整體來看，開關電源的數字化控制技術還處于轉型時期，整體數字化水平不高[1]。

與傳統技術相比，數字控制技術的出現有效推動了開關電源控制模式的變革，該技術顯著提高了系統的靈活性，并使系統具有更強的抗干擾能力。同時，從技術功能來看，數字化控制模式已經取代模擬電路，實現了功能模塊管理，并借助控制軟件監測電源系統的運行狀態。因此，在使用開關電源的數字控制技術期間，應該重點關注開關電源的控制延遲、精度以及電流檢測等問題，這樣才能進一步增強數字控制技術的開關管理效果。

從未來發展來看，數字控制技術已經成為開關電源控制模式的未來發展方向，前景廣闊且技術越來越成熟。

2? ? 開關電源控制系統的設計與實現

在現代化數字控制技術快速發展的大環境下，開關電源控制模式得到了進一步的完善與發展，相關技術優化了開關電源的管理模式，值得關注。

2.1? 系統結構設計

本研究介紹的開關電源控制系統，以負載電流為反饋量，能夠直接調整控制器的占空比輸出值，所以能夠避免傳統開關電源控制系統中因為電流采樣點位置而引發的問題。在系統設計過程中，采用了Matlab控制計算法的仿真工具，其中包括模糊控制工具箱、仿真設計工具等。

2.2? 系統實現

在系統實現階段，輸出電壓在標定之后作為外環反饋量，能夠持續提供穩定的輸出電壓，當輸出電流標定之后，可以作為內環的反饋量來強化負載變化響應;外環電壓控制設備采用模糊控制器（Fuzzy-Proportion Integration Differentiation，F-PID），內環電壓控制設備采用傳統的比例—積分—微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制器，這種搭配方法能夠有效解決開關控制系統結構復雜的問題，有助于降低檢修難度。在這個結構下，內環電流控制器的輸出信號在經過調整之后，會轉變為MOSFEET的輸出驅動信號。

本研究介紹的控制器為了適應數字化技術中提出的高精度要求，對F-PID控制器的工作區電壓做進一步控制，通過調整電壓區間提高了電壓輸出的精度。在這個控制器開關結構中，傳統的PID控制器在輸出電壓誤差較大的情況下開始控制電流輸出，并且電流輸出后由F-PID控制器在電壓誤差的特定限度內進行第二次控制。所以，為了滿足這個電壓控制要求，在F-PID控制器的設置中使用了“兩輸入三輸出”結構，其中，輸入量控制分別來源于電壓誤差與電壓誤差變化率兩方面數據;輸出量則按照PID控制器的電流變化來調整。這種處理方法能確保模糊控制器自適應PID參數，避免在同一調節區域內影響其他模塊功能。

而考慮到直接通過變換器輸出電壓容易出現誤差，并且這個誤差可能會因為外部因素的干擾而出現很大的尖峰變化，正如顧德峰[2]所介紹的尖峰直接誤差值變化范圍達到了正負lel3以上。所以，為了強化該開關電源控制系統的性能，不能采用微分獲得的直接誤差變化率，而是要取常用對數，并保持原來正負的方法做第二次標定，這種方法的優勢，就是能夠過濾大尖峰，減小其對系統的影響。

該系統所選擇的模糊控制器為Mamdani型，在將電流的輸入輸出變量進行調整之后，可發現其中具有線性的函數特征，其中，子集元素分別代表了負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。在控制輸入量的范圍后，能夠直接將電壓模糊模式結果反饋至系統操作端，促使開關控制功能的實現。

內環電流控制器在設計上使用了常規的PID控制器，這種設計方法的優點就是能夠實現快速響應輸出電流，并且在電流調制期間能夠依靠鋸齒波的大小變化來保證電流電壓的穩定。

2.3? 系統的仿真實驗分析

為了進一步了解上述系統在開關電源控制中的作用，通過仿真實驗的方法進行模擬分析。在仿真期間，分別在電阻、電流負載滿載的情況下，啟動各種負載類型下的輸入電壓。此時的電壓從額定的最小值開始向上跳躍直至最大值。在仿真期間，通過雙閉環模糊控制的PID控制器在電力系統中有明確的限定值，因此在實驗中需要密切監測其中的數據變化。

本次研究發現，當輸入端由額定電壓的最小值上升至最大電壓時，變換器3.3 V輸出電壓約有1%的變化;而在負載電流進行半載與滿載的實驗后，結果顯示3.3 V輸入電壓出現了不足1%的下陷與不足2%的超調，進一步觀察后，發現此時仿真系統的負載變化穩定時間不足100 ?s，輸入電壓變化穩定時間不足200 ?s，相關數據滿足開關電源控制的要求。

3? ? 結語

文章介紹了一種開關電源控制系統，仿真結果顯示該系統具有一定的應用價值，彰顯了數字化控制技術的優勢，滿足開關電源控制的要求，值得推廣。

[參考文獻]

[1]楊楓.開關電源的新技術及應用[J].電子世界，2019（23）：159-160.

[2]顧德峰.電力電子技術在開關電源中的應用[J].電子技術與軟件工程，2019（20）：227-228.