電壓型大功率開關電源補償網絡的分析

引言

    電壓型單環回路控制簡單，在各個領域應用最為廣泛。應用于小功率開關電源時，補償網絡可以簡單地用分壓反饋與基準放大比較來實現。而在大功率電路中校正的難度很大，精度不足。目前僅滿足于反復調試，費時費力。本文就這個問題作一探討。

1、電壓型PWM逆變控制系統結構及原理

    逆變控制系統的最終輸出可以是直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、頻率或功率，在輸出部分需進行濾波。大多數逆變系統輸出是直流電壓，也就是說，系統輸出和調節的是直流電壓量，當然逆變變壓器副邊還有整流電路。脈寬調制（PWM）型開關穩壓電源就是只對輸出電壓進行采樣，實行閉環控制，這種控制方式屬電壓控制型，是一種單環控制系統。對于這些系統，其反饋量就是輸出電壓的一定比例值，用給定電壓與反饋電壓的誤差信號來調節PWM脈沖的寬度，我們通常把這種逆變控制系統稱作電壓型PWM控制系統。對于大部分電壓型PWM逆變控制系統，不論是直流輸出還是交流輸出，其控制系統的結構框圖都可以統一地畫成如圖1所示的形式。    

    圖1電壓型PWM逆變控制系統結構框圖    

    圖2電壓型PWM逆變控制系統

    該逆變系統的開環傳遞函數G(S)H(S)由下式給出： 

  圖3電壓型PWM逆變控制系統幅頻特性曲線

    其最大缺點是：控制過程中電源電路內的電流值沒有參與進去。眾所周知，開關電源的輸出電流是要流經電感的，故對于電壓信號有90度的相位延遲，然而對于穩壓電源來說，應當考慮電流的大小，以適應輸出電壓的變化和負載的需求，從而達到穩定輸出電壓的目的，因此僅采用輸出電壓采樣的方法，其響應速度慢，穩定性差，甚至在大信號變化時，會產生振蕩，造成功率管損壞等故障。

2、系統的分析和設計

    誤差放大器(或調節器)若是比例環節，式(6.12)和(6.13)都是二階的，即系統是二階系統。二階系統是一個有條件的穩定系統。另外，由于輸出濾波參數LC一般比較大，頻率參數

    比較低。所以，系統在中頻段是以-40dB／dec的斜率穿過L(ω)=0這條線.在這個系統中，即使采用PI調節器，也只是為了減小穩態誤差。所以，零點也很低，中頻段仍然以-40dB／dec的斜率穿越零線，如圖3所示。

    為了使系統滿足穩態性能、動態性能和穩定性的要求，就要使在該系統中就要進行校正。顯然，在中頻段，加一個串聯的超前校正環節(有源或無源)如圖4，就能使其開環幅頻特性的低、中、高頻段都能滿足要求，如圖4所示。    

    圖4校正網絡

3、加入補償網絡

    分壓反饋處，由于電感電壓滯后，所以在反饋處將R1兩端并聯一條電阻和電容的支路，通過電容電壓的超前從而使反饋能瞬時反映出輸出電壓的變化。由于R1,R2的比值很大，通過在R2的兩端并聯一個電容來感應輸出的微弱變化。    

    其幅頻特性曲線如下：    

    加校正環節的電壓型PWM逆變控制系統幅頻特性曲線。