电力电子技术基础教学课件作者邢岩第7章节电力电子控制课件幻灯片.ppt

本章小结 在电力电子变换电路中，为了达到所需控制性能，一般采用闭环控制模式，可分为单闭环控制、双闭环控制等；而根据系统直接控制的目标量，又可以将电力电子电路的控制分为电流型控制和电压型控制；常采用的电压电流控制方法有单周期控制、电流峰值控制、电流滞环控制和平均电流控制等，需根据应用特点合理选择。 数字控制系统通常具有精度高、运行速度快、数据存储量大、控制功能灵活并可编程等特点；在电力电子控制中选用工业控制专用的高性能单片机、数字信号处理器（DSP）或ASIC芯片可以实现复杂的控制算法，得到快速精密的电流、电压控制效果。 电流峰值控制 1978年CW Deisch等提出的峰值电流控制是目前电力电子开关变换器中一种最常用的电流型控制方式。 基本原理： 设变换器工作于连续模式，开关电流峰值与电感电流 的峰值相同，每1个开关周期开始，由PWM时钟信号经过触发器，驱动开关S导通，当电流 的检测信号峰值达到电流给定值 （即外环电压调节器的输出）时，触发器翻转，使开关S关断。因此只要系统中电流稍有变化，通过占空比就能迅速地产生调节作用，使输出电压 接近给定的 。 优点： 消除了输出滤波电感在系统传递函数中产生的极点，使系统传递函数由二阶降为一阶，解决了系统有条件的环路稳定性问题； 具有良好的线性调整率和快速的动态响应； 固有的逐个开关周期的峰值电流限制，简化了过载保护和短路保护； 多个电源模块并联时易于实现均流。 缺点： 不能准确控制电感的平均电流； 回路增益对电网电压变化敏感； 开关噪声容易造成开关管误动作（即抗扰性较差）； 对于最常用的PWM方式，当占空比D 0.5时，电流环不能稳定，导致开关频率降低，电流、电压纹波增大。 为使系统稳定，需外加周期性斜坡函数补偿。在电流调节器输入端，外加一个补偿锯齿波 与给定电流合成一个斜坡函数（倒锯齿波），适当调节斜坡函数的参数，可以使系统在占空比D 0.5时也渐进稳定。下图为采用峰值控制的电流调节模块工作原理图。 下面根据下图所示的半个工频周期内PWM高频调制的电感电流波形分析这种双闭环结构既能保持输入端功率因数接近1，又能保持输出电压稳定的原因。 当输出电压上升时，误差放大器输出电压下降，使乘法器输出的基值电流值下降，开关管的导通时间缩短，流过电感的电流下降，从而使输出电压下降。反之，使输出电压上升，以达到稳定输出电压的目的。 由于乘法器输入取样来自全桥整流的输出，所以乘法器的输出和全桥整流输出电压波形的相位相同，从而使电感电流的平均值和整流输出电压同相，达到功率因数补偿的目的。 虚线为各个开关周期内电感电流峰值的包络线，一般情况下，当纹波很小时，电感电流峰值与平均值很接近，但这意味着电感电流上升坡度平缓，要求电感大。开关的门极信号用来控制电感电流的高频调制。当开关导通时，电感电流上升，达到峰值后比较器输出使开关关断，电感电流下降，如此进行周期性变化，开关频率是恒定的。 峰值电流控制技术采用的是每次开关的电流峰值的包络线跟踪输入电压波形，而电流的平均值只能近似的跟踪输入电压的波形，所以就这种控制方式而言，即使在理想状况下，功率因数也达不到1。 电流滞环控制法 滞环电流型控制在电动机变频传动系统中应用较多，在开关电源中也可以采用滞环控制方法实现内环的电流控制。下图给出了采用电流滞环法控制的BOOST PFC电路原理图，其中电压外环没有画出。 电流滞环法控制与峰值法控制的差别是前者控制电路中多了一个滞环逻辑控制器。逻辑控制器具有和继电器一样的特性，有一个电流滞环带。 所检测的输入电压经分压后，产生两个基准电流：电流上限值Imax与电流下限值Imin。当电感电流达到Imin时，开关导通，电感电流上升；当电感电流达到Imax时，开关关断，电感电流下降。 Imax、Imin如左图中上、下两条虚线所示；实线为电感电流；中间一条虚线为电流平均值。 电流滞环宽度决定了电流纹波大小，它可以是固定值，也可以与瞬时平均电流成比例。 缺点： 负载大小对开关频率影响很大，由于开关频率变化幅度大，在设计输出滤波器时就要按最低开关频率考虑，因此不容易得到体积和重量的最优化设计。 平均电流控制 1987年BL. Wilkinson提出平均电流型控制方案，最早应用于功率因数校正变换器。下图为采用平均电流控制的BOOST PFC电路原理图。 特点： 采用电流误差放大器代替电流比较器，一般采用PI型补偿网络，这样就可以滤除掉电感电流采样信号中的高频分量，相当于对反馈的电流做了平均化处理。 以输入整流电压和输出电压误差放大信号的乘积为电流基准，通过与上述反馈电流平均值的比较调节，然后与锯齿波比较，形成开关的驱动信号，即可以对电流误差进行迅速而精确的校正。 平均电流控