具有恒功率特性的DC/DC變換器的研究
恒流工作區間 只需單電流環工作即可,且只要保證每個模塊所給定的電流基準一致,調節器的穩態誤差很微小,電路能實現均流,正常工作。
恒壓工作區間 由于模塊輸出屬于恒壓性質,輸出電壓稍微差別就可導致輸出電流的較大差別,故在恒壓工作區需考慮不均流現象。
恒壓控制下單個模塊輸出電流取決于該模塊的等效空載電壓和輸出電阻大小,故可將單個模塊電路等效為一個電壓源和一個電阻串聯的模型。圖3示出兩個模塊并聯時輸出電流和電壓的關系曲線。圖3a為等效空載電壓不同,輸出電阻相同,工作在相同電壓下的輸出電流差異。圖3b為等效空載電壓相等,輸出電阻不同,工作在相同電壓下的輸出電流差異。本文引用地址:http://www.104case.com/article/175766.htm
圖3a中兩個模塊輸出特性分別為:
U1=Uo1-I1Ro,U2=Uo2-I2Ro (1)
輸出電流的差值為:
可見,若在實際電源模塊中,既存在等效空載電壓不等,又存在輸出電阻不相同,這樣不均流的情況將更嚴重。因此,在恒壓工作區間采用主從跟隨法,電壓外環和電流內環雙環控制。
恒功率工作區間 類似恒壓工作區間,采用功率外環和電流內環雙環控制。在保證每個模塊的輸出功率相等的同時,間接地實現了后級兩個Buck模塊輸出電流相等,實現了模塊間均流。
整機控制策略:恒流工作區間,由于變換器電壓和功率都未達到設定的基準限制值,其電壓環和功率環的輸出均為正向飽和,反偏二極管截止不導通,此時只有電流環工作,跟隨外部電流給定基準。當負載電阻或電流給定基準變化導致變換器輸出超過Uomax或Pomax時,電壓環或功率環退飽和,使補償器輸出電壓變低,反偏二極管導通,外部給定電流基準被拉低,以此作為新的電流環基準,變換器工作在恒壓或恒功率模式下,同時實現了在不同工作區間內的均流。
2.3 模式切換分析
此時需考慮Buck在恒壓、恒流及恒功率間相互切換時對Buck變換器輸入及輸出的影響。以電感電流連續模式(CCM)下單相Buck電路為研究對象,分析如下:
開關管開通時:
uL=LdiL/dt=Uin-Uo,ic=CduC/dt=iL-Uo/Ro (5)
式中:iL為Buck電路中電感電流;uL為電感上電壓;iC為輸出濾波電容上通過的電流;Uin為輸入電壓;Uo和Ro分別為輸出電壓及負載電阻。
開關管關斷,二極管續流時:
uL=-Uo,iC=iL-Uo/Ro (6)
工作在CCM下,Buck電路輸入輸出電壓關系為:Uo=DUin,D為占空比。穩態時Buck電路uL在一個周期內的平均值為零,由式(5),(6)和Uo=DUin可知,uL在一個周期內的平均值公式為:
UL(Ts)=(Uin-Uo)D-Uo(1-D)=UinD-Uo=0 (7)
當Buck的負載電阻從Ro變為R1(對應的穩態輸出電壓為U1,由于穩態工作點切換的瞬間,控制環路存在一定的延時,D基本保持不變,此時u1在一個周期內的平均值可表示為:
UL(Ts)=(Uin-U1)D-U1(1-D)=Uo-U1 (8)
根據式(8),iL將會有較大的增加(Uo>U1)或減小(UoU1),這樣會使補償網絡飽和,導致iL有較大尖峰或電路進入斷續模式,造成電磁干擾及系統效率降低等一系列問題。
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