理论教学>>第四章 直流-...

4.1 DC-DC变换的基本控制方式

DC-DC变换是采用一个或多个开关(功率开关器件)将一种直流电压变换为另一种直流电压。当输入直流电压大小恒定时,则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小,这种开关型DC-DC变换器原理及工作波形如图4-1所示。如果开关K导通时间为,关断时间为,则在输入电压E恒定条件下,控制开关的通、断时间的相对长短,便可控制输出平均电压U0的大小,实现了无损耗直流调压。从工作波形来看,相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程,故称斩波器。斩波器有两种基本控制方式:时间比控制和瞬时值控制。

(a)原理电路;(b)工作波形

图4-1 DC-DC变换器原理电路及工作波形

4.1.1 时间比控制

这是DC-DC变换中采用最多的控制方式,它是通过改变斩波器的通、断时间而连续控制输出电压的大小。即

(4-1)

式中 为斩波周期;为斩波频率;为导通比。可以看出,改变导通比即可改变输出电压平均值U0,而的变化又是通过对T、ton控制实现的。时间比控制又有以下几种实现方式:

(1)脉宽控制

斩波频率固定(即T不变),改变导通时间实现变化、控制输出电压U0大小,常称定频调宽,或脉宽调制(直流PWM)。

实现脉宽控制的原理性电路及斩波器开关控制信号波形如图4-2所示。图(a)为一电压比较器,UT为频率固定的锯齿波或三角波电压,为直流电平控制信号,其大小代表期望的斩波器输出电压平均值。当,比较器输出(高);当(低),从而获得斩波器功率开关控制信号。改变大小,改变斩波器开关导通时间,在UT固定条件下,斩波器开关频率固定,实现了定频调宽。

(a)原理电路;(b)控制波形

图4-2 脉宽控制方式

由于斩波器开关频率固定,这种控制方式下为消除开关频率谐波的滤波器设计提供了方便。

2.频率控制 固定斩波器导通时间,改变斩波周期T来改变导通比的控制方式。这种方式的实现电路比较简单,但由于斩波频率变化,消除开关谐波的滤波电路较难设计。

3.混合控制。这是一种既改变斩波频率(即周期T)、又改变导通时间的控制方式,其优点是可较大幅地改变输出电压平均值,但也由于斩波频率变化,滤波困难。

4.1.2 瞬时值控制

在恒值(恒压或恒流)控制或波形控制中,常采用瞬时值控制的斩波方式。此时将期望值或波形作为参考值,规定一个控制误差ε,当斩波器实际输出瞬时值达指令值上限时,关断斩波器;当斩波器实际输出瞬时值达指令值下限时,导通斩波器,从而获得围绕参考值在误差带2范围内的斩波输出。图4-3为实现恒流瞬时值控制原理性框图及斩波器输出波形。

采用瞬时值控制时斩波器功率器件的开关频率较高,非恒值波形控制中开关频率也不恒定,此时要注意功率器件的开关损耗、最大开关频率的限制等实际应用因素,确保斩波电路的安全、可靠工作。

(a)控制框图;(b)输出电流波形

图4-3 瞬时值控制原理图

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