ZVT－PWM移相軟開(kāi)關(guān)通信基礎--電源模塊的設計

3．2控制系統的環(huán)路設計

　　開(kāi)關(guān)穩壓電源控制系統的結構框圖如圖3所示。

圖3開(kāi)關(guān)穩壓電源控制系統的結構框圖

　　控制系統環(huán)路設計就是通過(guò)對系統的環(huán)路及其對小信號的響應進(jìn)行分析，選擇合適的調節器，并采取適當的校正網(wǎng)絡(luò )，使系統的穩態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標及其穩定性都能滿(mǎn)足要求。具體說(shuō)就是，穩態(tài)無(wú)靜差、動(dòng)態(tài)響應速度足夠快、系統穩定、抗高頻干擾能力強。要使系統滿(mǎn)足以上性能，其開(kāi)環(huán)傳遞函數L（ω）就必須滿(mǎn)足以下要求[3]：

　?。?）低頻段以－20dB/Dec或－40dB/Dec的斜率下降，無(wú)穩態(tài)誤差；

　?。?）中頻段以－20dB/Dec斜率下降，系統的穩定余量較大，中頻帶寬要足夠寬，以保證系統的動(dòng)態(tài)響應速度；

　?。?）高頻段以－40dB/Dec或－60dB/Dec的斜率下降，對高頻干擾衰減快。

　　PWM環(huán)節是線(xiàn)性的，其傳遞函數為K1，逆變開(kāi)關(guān)電路和變壓器組合也是線(xiàn)性的，其傳遞函數為1/n，n為變壓器一、二次側匝數之比。輸出LC濾波環(huán)節的傳遞函數為1/（s2LC＋1）,輸出電壓反饋網(wǎng)絡(luò )也是線(xiàn)性的，其傳輸函數為：KB=R2/（R1＋R2）。假設誤差放大器（或調節器）的傳遞函數為G1（s），則圖3所示的系統就可以寫(xiě)成傳遞函數的形式，見(jiàn)圖4。

　　若誤差放大器為比例調節器，即G1（s）=KP，則控制系統為二階系統，其開(kāi)環(huán)傳遞函數見(jiàn)式（6），幅頻特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖5（a）。這種系統的穩定誤差比較大，并且是有條件的穩定系統，穩定余量太小。

圖6比例積分（PI）調節器和無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò )

圖4開(kāi)關(guān)穩壓電源控制系統的結構

　　解決以上問(wèn)題的方法：

　?。?）采用比例積分（PI）調節器，見(jiàn)圖6（a），傳遞函數見(jiàn)式（7）；

　?。?）采用無(wú)源超前校正，見(jiàn)圖6（b），傳遞函數見(jiàn)式（8）。

圖5二階系統開(kāi)環(huán)幅頻特性曲線(xiàn)和

圖6比例積分（PI）調節器和無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò )

校正后的系統開(kāi)環(huán)幅頻特性曲線(xiàn)

　　校正后的系統開(kāi)環(huán)幅頻特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖5（b），基本能夠滿(mǎn)足上述的要求。（7）（8）

　　在進(jìn)行以上環(huán)路設計的同時(shí)，還要遵循以下兩個(gè)基本點(diǎn)：

　?。?）交越頻率ωC即L（ω）=0時(shí)頻率為逆變開(kāi)關(guān)頻率fC的（1/4～1/5）；

　?。?）中頻帶寬b=ω4/ω3≈10。

4設計實(shí)例及試驗結果

　　采用移相全橋ZVT軟開(kāi)關(guān)變換電路設計的DMA－48/50通信開(kāi)關(guān)電源模塊，輸入電壓為三相380V±20％，輸出電壓為43.2～57.6V可調，輸出電流為50A。選用IRG4PF50W型高速I(mǎi)GBT做開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)頻率為40kHz，選用UC3879做集成控制芯片，振蕩頻率設為80kHz。引線(xiàn)電感加變壓器一次側漏感約為1.5μH，外加電感為6.5μH左右,L1=8μH,IO=18.5A時(shí)開(kāi)始實(shí)現ZVT,最大占空比Dmax=0.88。系統環(huán)路設計采用了PI調節器和無(wú)源超前校正，ω≈9kHz，中頻帶寬b=ω4/ω3≈11.2。

　　測試結果系統穩定、控制精度高、動(dòng)態(tài)響應快、抗干擾能力強，基本參數如下：

　　功率因數：PF=0.948（50A，57.6V）

　　效率：η=92.6％(50A,57.6V)。

　　輸出峰－峰雜音：130mV。

5結束語(yǔ)

　　移相全橋ZVT變換電路是中、大功率直流電源變換器理想的方案之一，它效率高、EMI小、開(kāi)關(guān)管的定額要求低、成本低。設計時(shí)，要根據散熱平衡優(yōu)化實(shí)現ZVT軟開(kāi)關(guān)的最小電流，既能提高功率傳輸的效率，又可降低成本。系統的環(huán)路設計要綜合考慮穩態(tài)、動(dòng)態(tài)性能指標和穩定性，采取必要的校正措施，并要設計合適的交越頻率和中頻帶寬。采用移相全橋ZVT變換電路設計的DMA－48/50通信用基礎開(kāi)關(guān)電源，已經(jīng)通過(guò)了原郵電部的入網(wǎng)測試，并取得了進(jìn)網(wǎng)許可證。