PWM交流斩控技术的流稳压电源总体设计.doc

PWM交流斩控技术的交流稳压电源总体设计 1 PWM交流斩控技术概述 1.1 PWM控制的基本原理 PWM (Pulse Width Modulation)控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。PWM控制技术以面积等效原理为基础。 PWM控制电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压，改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制，着是PWM控制中最简单的一种情况 1.2 PWM交流斩控调压原理 图1-1 图1-1（a）所示，假定电路中各部分都是理想状态。开关S1为斩波开关，S2为考虑负载电感续流的开关，二者均为全控开关器件与二极管串联组成的单相开关[见图1-1（b）]。S1及S2不允许同时导通，通常二者在开关时序上互补。定义输入电源电压u的周期T与开关周期Ts之比为电路工作载波比Kc，（Kc=T/Ts）。图1-1（c）表示主电路在稳态运行时的输出电压波形。显然输出电压uo为： (1) 式中：E（t）为开关函数，其波形示于图1-1（c），函数由式（2）定义。 (2) 在图1-1（a）电路条件下，则 (3) E（t）函数经傅立叶级数展开，可得 (4) 式中：D=ton1/Ts，ωs=2π/Ts，θn=nπ/Ts； D为S1的占空比； ton1为一个开关周期中S1的导通时间。 将式（4）代入式（3）可得： (5) 式（5）表明，uo含有基波及各次谐波。谐波频率在开关频率及其整数倍两侧±ω处分布，开关频率越高，谐波与基波距离越远，越容易滤掉。 在经LC滤波后，则有： (6) 把输出电压基波幅值与输入电压基波幅值之比定义为调压电压增益，即： (7) 由此可见电压增益等于占空比D，因此改变占空比就可以达到调压的目的。 2 控制方案设计与工作原理 一般情况下，PWM交流斩控调压器的控制方式与主电路模型、电路结构及相数有关。 若采用互补控制，斩波开关和续流开关在换流过程中会出现短路，产生瞬时冲击电流；如设置换相死区时间，又可能造成换相死区时间内二个开关都不导通使负载开路，在有电感存在的情况下，会产生瞬时电压冲击。本方案采用有电压、电流相位检测的非互补控制方式，如图2-1所示。对相数而言本方案采用三相四线制，即用三个单相电路，组合成三相电源，这样可以避免相间干扰，保持各相电压输出稳定。 图2-1 由图2-2可见，V1，VD1与V2，VD2构成双向斩波开关，Vf1，VDf2与Vf2，VDf1构成双向续流开关；Lof及Cof分别为滤波电感、电容；U1为补偿变压器初级绕组两端电压，U2为向主电路补偿的电压。本方案采用了有电压、电流相位检测的非互补控制方式。图2-2为在RL负载下，这种非互补的斩波开关和续流开关门极驱动信号的时序配合及一个电源周期中输出电压的理想波形。 由图2-2可见根据负载电压电流相位，一个电源工作周期可分为4个区间. 上述工作状态，可用逻辑表达式表示为： （8） 当U0时，U=1；当U0时，U=0;同理当0和0时，=1，=1；当0和0时，=0，=0。 图2-2 为保证电源满足负载特性的要求及运行可靠性,本设计采用了图2-3所示的控制电路结构。 图2-3 3补偿稳压原理及控制 图3-1示出补偿稳压电路。 图3-1中电网电压Us，补偿电压Uco，输出电压UL均为工频。当Us与Uco相位差a=0时，UL=Us＋Uco；当a=180°时，UL=Us－Uco。因此，当电网电压Us变化时调节Uc的大小以及与Us的相对极性即可保证UL的恒定。 图3-1 1 对市电电压波动的补偿与Tr容量 当市电电压Us波动时，将会引起负载电压UL的波动。为了保持UL稳定不变，必须用补偿电压Uco对市电电压的波动进行补偿。当UsUr时须进行负补偿，使Us－Uco=UL=Ur；当UsUr时须进行正补偿，使Us＋Uco=UL=Ur，所以 UL=US±Uco=Ur （9） 正补偿