電力操作電源兩種控制方式的比較

1引言

開關電源是一個閉環的自動控制系統，開關電源的控制環節的設計是其設計的重要組成部分。其常用的設計步驟是對主電路建立小信號模型，作出開環波特圖，然后根據性能指標要求，運用經典自動控制理論，設計校正系統，使系統具有良好的穩態和暫態性能。很多研究者對開關電源的控制系統進行了分析[1][4]。

應用在電力領域的開關電源一般要求能工作在恒壓和恒流兩種模式，在控制上有兩種常用的實現方式：一種是采用并聯式雙環控制，在系統中建立兩個獨立的電壓環和電流環。這種控制方式簡單穩定，容易設計，穩定時只工作在某個單環控制下，兩個控制環不會互相干擾，可以保證很好的恒壓和恒流精度。另一種是采用串級式雙環控制，當系統工作在恒壓模式下時是用雙環控制，工作在恒流模式下是用單環控制。

電力操作電源一般為并聯工作的模塊式電源，在這種并聯運行的電源中限流特性十分重要，否則當一臺模塊退出工作時，其它模塊會因不能及時限流而引起連鎖反應，相繼保護退出工作。另外，從控制的角度來說，減小運行參數對控制系統穩定性的影響，增強系統的魯棒性是很重要的。本文通過對兩種控制方式進行建模分析，對兩種控制方式的限流速度和控制穩定性進行了比較，并通過實驗得到了驗證。

2兩種控制方式分析

21并聯式雙環控制方式

這種控制方式電路原理圖如圖1所示，使用兩個并聯的單環分別實現電路的恒壓和恒流功能，電壓環PI調節器輸出和電流環PI調節器輸出均通過一個二極管接到三角波比較器的正輸入端，電路工作時，若電壓環PI調節器輸出UV1小于電流環PI調節器輸出UC1，則DV1導通，電路工作在電壓環控制模式；反之DC1導通，電路工作在電流環控制模式。這種控制方式下，在穩定工作時，電壓環和電流環只有一個環在工作，不會互相干擾。而且單環控制的設計和分析都相

圖1并聯式雙環控制方式的電路原理圖

圖2電壓環單環控制模式下的電路方框圖

圖3電流環單環控制模式下的電路方框圖

圖4電壓環單環開環波特圖

圖5電流環單環開環波特圖

對簡單。但由于電壓環和電流環的調節器輸出端接在一起，在過渡過程中，特別是當兩個環之間進行切換時，會形成相互干擾，可能會導致電路工作不穩定。

圖2是工作在電壓環單環控制模式時的電路方框圖。圖3是工作在電流環單環控制模式時的電路方框圖。圖2、圖3中：

H為輸出電壓采樣系數，H=R2/(R1＋R2)；

FM為脈寬調制器的傳遞函數，FM=1/UPP，（UPP為三角波峰峰值）；

GV(s)為電壓環PI調節器的傳遞函數；

GdV(s)為主電路的占空比對輸出電壓的開環傳遞函數；

Ki為電感電流采樣系數；

Gi(s)為電流環PI調節器的傳遞函數；

Gdi(s)為主電路的占空比對電感電流的開環傳遞函數。GV(s)=(1)GdV(s)=×(2)Gdi(s)=×(3)

式中：Uin輸入直流母線電壓；

L為輸出濾波電感值；

RL為濾波電感的電阻；

C為輸出濾波電容；