變壓器磁通的復位
輔助繞組復位
變壓器磁通復位 = = 磁能的泄放 = = 激磁電感續流
如圖所示,開關閉合,輸入電壓給變壓器激磁電感勵磁,建立磁通;開關關斷,激磁電感電流無處釋放,因此磁芯無法復位。
理想變壓器知識傳遞磁能,本身并不儲存磁能,激磁電感無限大
實際變壓器存在激磁電感
繞組換流時,由于存在漏感,開關電壓尖峰
復位磁能返回電源
RCD鉗位電路復位(正激變換器)
電路如圖所示,RCD復位電容電壓相當于一個小反激電路輸出
RCD鉗位電路具有磁復位的功能
可鉗位原邊繞組及開關電壓
變壓器復位磁通能由電阻Rr消耗
RCD鉗位電路復位(反激變換器)
反激電路理論上可以實現自身復位,通過副邊輸出電壓進行復位,因此不需要磁復位電路。但是變壓器存在漏感,漏感電流同樣需要泄放,否則引起電壓尖峰
反激電路中的RCD電路用于變壓器漏感磁通的復位
復位磁能由復位電阻消耗
諧波與功率因數校正技術
諧波
電子領域:由非線性器件引起波形失真
電工領域:由負載阻抗引起相位偏移
輸出電容C越大,輸出電壓越穩定,但電流脈沖越窄,THD越大
同樣負載功率下,電流脈沖越窄,電流峰值越大,造成損耗越大
電流波形失真會通過電網阻抗影響電源質量
PFC(功率因數校正)基本原理
功率因數校正的目的:使得輸入電流與輸入電壓波形相同,即使得電流能跟蹤電壓的波形變化
由于輸入電壓為正弦交流,大小在0-Vm之間變化,因此首先需要選擇升壓(Boost)電路,且Vo>Vm
Boost電路CCM工作模式:固定頻率Ts,改變占空比D,控制電感電流平均值跟隨正弦電壓。電感大,電流紋波小,控制復雜,二極管反向恢復。
Boost電路DCM工作模式:固定頻率Ts和導通時間ton,改變斷續時間。因為ton固定,電感電流自動上升至與電感電壓成比例的值,之后下降到零,保證電感電流平均值與電壓成比例。電感小,電流紋波最大,控制簡單,沒有二極管反向恢復。
Boost電路CRM工作模式:固定導通時間ton,電感電流自動上升至與電感電壓成比例;之后電流下降為零時,開關管閉合。電感小,電流紋波大,開關管電流過零時導通,二極管過零時關斷,頻率變化。
開關電源基本控制策略
控制的目的
控制目的:
保持輸出穩定。 由于電源電壓和負載的變化,輸出電壓會隨之變化,因此需要對輸出電壓進行控制,以保證輸出電壓的穩定或獲得所需的輸出電壓
實現某種特定功能。 如DC/DC電源的PFC控制,太陽能逆變器的MPPT控制
控制的要求:
輸出穩定
在各種 “干擾”情況下不能失控
對輸出波動的影響小
對干擾的快速響應
被控制量: 輸出電壓,或輸出電流,或輸入電流,或輸入阻抗
控制量: 開關的動作
滯環控制(Bang-Bang)
只需要一個簡單的電壓比較器,成本低
控制策略十分簡單,預制驅動,不需要反饋
穩定性強,只要不超過環寬
開關工作頻率是變化的,環寬越窄,頻率越高;負載變化越快,頻率越高
控制策略本身需要一定的輸出電壓紋波
由于難以幫助電感電壓的伏秒平衡,需要額外電路
具有過流保護功能
恒定導通時間控制
控制簡單,閾值驅動,本身穩定
電路簡單,成本低
通過設定最小關斷時間,保證電感復位
頻率是變化的
控制策略本身需要一定的輸出電壓紋波
本身沒有過流保護功能,因為沒有檢測電流峰值
電壓控制模式
直接調節占空比D,控制輸出電壓Vo=D*Vi
電路實現:
采用誤差放大器產生誤差信號
采用振蕩器產生給定頻率脈沖
通過RC充放電電路產生給定斜波電壓
通過比較器將被控量與鋸齒波比較
產生PWM波控制開關占空比
特點:
電壓控制是最傳統的PWM控制
開關頻率固定
簡單的反饋補償網絡以實現精確控制,沒有滯環本身誤差
可能存在控制穩定性問題
如負載較輕,從CCM(線性模型)進入DCM(非線性模型)時存在穩定性問題
電壓控制模式(峰值控制)
電路實現:
電感電流波形(紋波與平均值)與輸入電壓、輸出電壓以及占空比有關
采用誤差放大器產生誤差信號
將電壓控制模式的斜波參考電壓改為電感電流信號
開關峰值電流可以表征輸出電流平均值
特點:
頻率固定
電感電流隨著輸入電壓增加而增加,因此對輸入電壓的變化響應是瞬時的
對負載的變化,要通過電感電流起作用,有延遲
平均電流控制
電路實現:
采用誤差放大器產生電壓誤差信號
采用振蕩器產生給定頻率脈沖
將電壓誤差信號與電感電流信號比較后,再與給定PWM斜波電壓比較
特點:
直接檢測和由平均電流來控制,效果好
需要檢測電感完整波形,檢測復雜,不如峰值電流檢測靈活方便
由于有“平均”環節,抗噪聲能力強
需要高增益放大器,成本高
電源輸出的穩定與調整率
電源穩定性的要求
控制的目的: 提供一個不受干擾的穩定和精確的電源輸出
實現思路: 通過一個高增益控制系統來保證輸出電壓跟隨參考電壓
穩定問題: 對于高增益,很小的誤差信號可能調整很大的輸出電壓,即很“靈敏”,當系統是穩定時,將迫使誤差為零,即輸出電壓很穩定。但是對高增益的閉環反饋系統,系統的控制精度與系統穩定性是一個挑戰,因為高增益意味著對微小的擾動都會做出反應
干擾信號特性:
強弱:一般為微小信號,信號越大,說明干擾越強
快慢:任何一個干擾信息可以通過FFT分解為不同頻率的各次諧波的合成,頻率越高,說明干擾越快
穩定性指標: 經過控制系統的反應后,干擾會發生變化
大小變化:增益
相位變化:相移
電源的調整率
負載調整率: 電源負載的變化會引起電源輸出的變化,負載增加,輸出電壓會降低,相反負載減少,輸出電壓升高。好的電源負載變化引起的輸出變化減到最低,通常指標為3%~5%。負載調整率實際上就反應了電源的內阻抗,好的電源輸出接負載時電壓降小。負載調整率=(滿載時輸出電壓-半載時輸出電壓)/額定負載時輸出電壓。
電源調整率: 定義為電源供應器輸入電壓變化時提供其穩定輸出電壓的能力。電源調整率通常以一正常規定負載下,由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差的百分比,即(Vo(最大)-Vo(最小))/Vo(正常)。
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