1、开关电源控制开关电源控制23.1电力电子主电路的建模n 理想开关模型n 状态空间平均模型n 小信号模型n 典型电力电子电路的传递函数9状态空间平均模型UiUo+CRLDiLDUi状态平均模型 2121)1()(1BBB AAA BuAxxDDDDuxx01110LDRCCL即 10状态空间平均模型UiUo+CRLDiLDUi状态平均模型 横坐标：时间(s)a)uC 单位V b)iL 单位A利用状态空间平均模型求得的数值解 uxx01110LDRCCL11小信号模型),(DuxFx DDDDD),(),(),(000000000uxFuuuxFxxuxFx在电路工作点处对方程进行线性化得：dCu
2、BxAx12小信号模型对降压斩波电路在电路工作点处对方程进行线性化得：uxx01110LDRCCLduxx00111000LuLDRCCL13传递函数模型对状态方程进行拉氏变换：)()()()()(11sDCAsIsUBAsIsXdCuBxAx)()()()(sDCsUBsXAssX)()()()(sDCsUBsXAsI14传递函数模型对降压斩波电路求得传递函数为：)()(111)/1(1)/1()()(20202020sDsUsRLLCsUsRLLCsDsRLLCsRCsUsRLLCsRCsDsUsIiiiCLduxx00111000LuLDRCCL15获得传递函数模型的其他方法对降压斩波电
3、路在一个开关周期内求平均得：16降压斩波电路的频率特性Uo(s)d(s)17不同电路的等效 Buck 斩波电路全桥电路正激电路18升压斩波电路的小信号模型升压斩波电路经过状态空间平均及工作点处线性化后，系统的传递函数：)()()1()1()1(1)1()/1()1()1(/1)()(2020002020202000202sDsUDsRLLCsUDsLiDsRLLCsDDsRLLCsURCsiDDsRLLCsRCssUsIiCLCLCL19升压斩波电路的频率特性 Uo(s)d(s)20升降压斩波电路的小信号模型升降压斩波电路经过状态空间平均及工作点处线性化后，系统的传递函数：)()()1()(1
4、()1(1)1()(/1()1()1(/1)()(202000020202020000202sDsUDsRLLCsUUDsLiDsRLLCsDDsRLLCsUURCsiDDsRLLCsRCssUsIiiCLiCLCL21不同电路的等效升降压斩波电路 反激电路SiLiCtontofftttOOO22状态空间平均小信号模型v状态空间平均模型、小信号的使用范围：频率低于开关频率的1/31/5；工作点附近小范围。233.2 系统各环节的传递函数v 电力电子控制系统的主要环节：开关电路（主电路）PWM环节 调节器 反馈及滤波环节24系统各环节的传递函数1.PWM环节忽略延时：考虑延时：sTuueuudu
5、udscmksTcmkcmks1125系统各环节的传递函数2.调节器 常用的调节器结构：P、PI、PID等。sssKsGssKsGKsGidippp)1)(1()()1()()(26系统各环节的传递函数v 比例调节器 控制量与误差同时产生，速度快 对不同频率放大倍数相同。容易产生高频振荡，低频增益不易提高。pKsG)(27系统各环节的传递函数v 比例积分调节器 对阶跃输入信号可以实现无静差。ssKsGp)1()(28系统各环节的传递函数v PID调节器 可以根据误差的变化趋势产生控制量，抑制输出的振荡。sssKsGidip)1)(1()(293.3 电压模式和电流模式控制v 电压模式控制：单一
6、的电压闭环VRPWMu*+-ufLCRL303.3 电压模式和电流模式控制v 电流模式控制：引入电流内环 系统的稳定性增强；系统的动态特性得到改善；具有快速的限流能力 分为平均电流模式和峰值电流模式。31平均电流模式控制平均电流模式控制系统结构VRPWMu*+-ufLCRLCR+-if32平均电流模式控制平均电流模式控制的原理33峰值电流模式控制峰值电流模式控制系统结构34峰值电流模式控制峰值电流模式控制系统结构 峰值电流模式控制系统输入输出信号35峰值电流模式控制v 峰值电流模式控制系统的特点：可以准确、快速地限制最大电流；容易受开关噪声的影响；占空比大于50%时需要进行斜率补偿。分频振荡现
7、象 峰值电流模式的斜率补偿36峰值电流模式控制v 峰值电流模式的数学模型其中阻尼系数2*2/2/11)()(sssLssQsIsI)(2)2(2121MMMMMQcs37典型电源的控制系统结构电压单闭环BUCK类电源模型电压模式控制的BUCK类电源模型38采用平均电流内环的开关电源模型电压电流双闭环BUCK类电源模型39采用平均电流内环的开关电源模型电压电流双闭环BUCK类电源模型40采用平均电流内环的开关电源模型电压电流双闭环BUCK类电源模型U*(s)-Io(s)Ud(s)Uu+-+-UiCR1/RTls+11CsU*I(s)Uc(s)Ks Tss+1IL+Tois+11 T0is+1VR
8、1 T0us+1 Tous+1Uo(s)电流环413.4 常用控制芯片介绍(1)按PWM产生模式分为：电压型PWM（Voltage Mode）电流型PWM（Current Mode）(2)按应用电路形式可分为：单端(Single-Ended)v 双端(Double-Ended)423.4 常用控制芯片介绍控制芯片具备的功能：PWM比较 误差放大器 振荡器 驱动放大v 基准源 软启动 欠压保护 死区时间控制（双端电路）433.4常用控制芯片介绍(1)SG3525（UC3525,KA3525等）适合于双端拓扑 电压型PWM控制 开关频率500kHz443.4常用控制芯片介绍(1)SG3525（UC3525,KA3525等）PWM比较误差放大器振荡器驱动放大v基准源软启动欠压保护死区时间453.4常用控制芯片介绍(2)UC3842 适合于单端拓扑 电流型PWM控制 开关频率500kHz463.4常用控制芯片介绍(3)UC3875 适合于移相全桥拓扑 电压/电流型PWM控制 开关频率1MHz473.4 常用控制芯片介绍(3)UC387548 结束语结束语
