ZVT－PWM移相軟開關通信基礎--電源模塊的設計

3．2控制系統的環路設計

　　開關穩壓電源控制系統的結構框圖如圖3所示。

圖3開關穩壓電源控制系統的結構框圖

　　控制系統環路設計就是通過對系統的環路及其對小信號的響應進行分析，選擇合適的調節器，并采取適當的校正網絡，使系統的穩態和動態性能指標及其穩定性都能滿足要求。具體說就是，穩態無靜差、動態響應速度足夠快、系統穩定、抗高頻干擾能力強。要使系統滿足以上性能，其開環傳遞函數L（ω）就必須滿足以下要求[3]：

　　（1）低頻段以－20dB/Dec或－40dB/Dec的斜率下降，無穩態誤差；

　　（2）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，以保證系統的動態響應速度；

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

　　PWM環節是線性的，其傳遞函數為K1，逆變開關電路和變壓器組合也是線性的，其傳遞函數為1/n，n為變壓器一、二次側匝數之比。輸出LC濾波環節的傳遞函數為1/（s2LC＋1）,輸出電壓反饋網絡也是線性的，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成傳遞函數的形式，見圖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，其開環傳遞函數見式（6），幅頻特性曲線見圖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）調節器和無源超前校正網絡

圖4開關穩壓電源控制系統的結構

　　解決以上問題的方法：

　　（1）采用比例積分（PI）調節器，見圖6（a），傳遞函數見式（7）；

　　（2）采用無源超前校正，見圖6（b），傳遞函數見式（8）。

圖5二階系統開環幅頻特性曲線和

圖6比例積分（PI）調節器和無源超前校正網絡

校正后的系統開環幅頻特性曲線

　　校正后的系統開環幅頻特性曲線見圖5（b），基本能夠滿足上述的要求。（7）（8）

　　在進行以上環路設計的同時，還要遵循以下兩個基本點：

　　（1）交越頻率ωC即L（ω）=0時頻率為逆變開關頻率fC的（1/4～1/5）；

　　（2）中頻帶寬b=ω4/ω3≈10。

4設計實例及試驗結果

　　采用移相全橋ZVT軟開關變換電路設計的DMA－48/50通信開關電源模塊，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IGBT做開關管，開關頻率為40kHz，選用UC3879做集成控制芯片，振蕩頻率設為80kHz。引線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時開始實現ZVT,最大占空比Dmax=0.88。系統環路設計采用了PI調節器和無源超前校正，ω≈9kHz，中頻帶寬b=ω4/ω3≈11.2。

　　測試結果系統穩定、控制精度高、動態響應快、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

　　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、開關管的定額要求低、成本低。設計時，要根據散熱平衡優化實現ZVT軟開關的最小電流，既能提高功率傳輸的效率，又可降低成本。系統的環路設計要綜合考慮穩態、動態性能指標和穩定性，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通信用基礎開關電源，已經通過了原郵電部的入網測試，并取得了進網許可證。