高頻開(kāi)關(guān)電源的單周期控制的Buck開(kāi)關(guān)轉換器的工作波形
圖給出了單周期控制的Buck開(kāi)關(guān)轉換器的工作波形:ui、ur及
ui波形圖中的陰影面積即為A??紤]到輸人電壓的紋波,ui的波形為直流電壓和紋波電壓的疊加。在圖(a)中,給定電壓ur=Ur為常數,在圖(b)中,給定電壓ur為一個(gè)階躍函數。
圖 單周期控制的Buck開(kāi)關(guān)轉換器的工作波形
主開(kāi)關(guān)管V導通時(shí),積分器的輸出A上升;當其峰值等于Ur時(shí),V關(guān)斷,與此同時(shí)V1閉合;積分器立即復位回零,為下一個(gè)周期的積分做好準備??芍?,A的峰值能較好地跟蹤給定電壓ur。A的變化率dA/dt等于輸人電壓ui(或與ui成正比),如果輸人電壓上升,則A的斜率變大,使A更快地達到ur,其結果是使占空比Du,減??;反之如果輸人電壓ui下降,則Du將增大。
占空比Du由式(9-11)決定:
可見(jiàn),占空比Du是Ui和Ur的非線(xiàn)性函數:
Du=f(ui,ur)
并且,當前開(kāi)關(guān)周期的占空比Du,與前一個(gè)周期的狀態(tài)無(wú)關(guān),只取決于該開(kāi)關(guān)月期的ui和ur。也就是說(shuō),當輸人電壓或給定電壓等變化時(shí),占空比Du或輸出電壓的瞬態(tài)響應過(guò)程可以在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內結束。這就是“單月期控制”的含義。
上面介紹了單周期控制的DC/DC Buck轉換器的原理,推廣到一般情況時(shí),單周期控制理論可以簡(jiǎn)述如下:假設一個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器的主開(kāi)關(guān)管以開(kāi)關(guān)頻率fs=1/Ts按開(kāi)關(guān)函數k(t)工作
占空比Du,由給定電壓ur調制。主開(kāi)關(guān)管輸人的信號x(t)經(jīng)過(guò)斬波,得到開(kāi)關(guān)變量y(t),其頻率、脈寬均與k(t)相同,而y(t)的包絡(luò )線(xiàn)則與信號x(t)相同。
例如式(9-10)中的ui即x(t),uD即y(t)。
假設輸入電壓ui和給定電壓ur的帶寬遠遠小于開(kāi)關(guān)頻率。由式(9-13)可知,主開(kāi)關(guān)管輸出端的有效信號,即開(kāi)關(guān)變量的平均值:
即開(kāi)關(guān)變量的平均值嚴格地等于每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的給定電壓ur。
單周期控制的關(guān)鍵元件是積分電容。主開(kāi)關(guān)管導通時(shí),反饋控制積分器開(kāi)始積分,y(t)積分值與ur實(shí)時(shí)進(jìn)行比較,當A=ur時(shí),控制器發(fā)出命令,改變主開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài),同時(shí)積分器復位到零。在該周期內,占空比Du由式(9-14)決定。
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