電力電子及其控制技術(shù)__2015_07_20課件

1、電力電子及其控制技術(shù)電力電子及其控制技術(shù)報告人：王金平報告人：王金平Email: 日期日期: 2015.7.20報告結(jié)構(gòu)報告結(jié)構(gòu) 電力電子技術(shù)概述電力電子技術(shù)概述 開關(guān)開關(guān)DC-DC變換器變換器 控制技術(shù)研究現(xiàn)狀控制技術(shù)研究現(xiàn)狀1.電路仿真示例電路仿真示例電力電子技術(shù)應(yīng)用電力電子技術(shù)應(yīng)用電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)定義定義：采用電力電子器件等實現(xiàn)對電能的有效變換和采用電力電子器件等實現(xiàn)對電能的有效變換和 控制的技術(shù)，變換包括電壓、電流、頻率和波控制的技術(shù)，變換包括電壓、電流、頻率和波 形方面的變換。形方面的變換。思考：為什么要變換？思考：為什么要變換？分類：分類：采用按交采用按交- -直流變換類型

2、劃分直流變換類型劃分 AC-DC AC-AC DC-DC1. DC-AC 為什么要采用開關(guān)電源？為什么要采用開關(guān)電源？開關(guān)開關(guān)DC-DC變換器變換器01( )sTsgsVv t dtDVTD：控制脈沖占空比：控制脈沖占空比 控制本質(zhì)及分類控制本質(zhì)及分類開關(guān)開關(guān)DC-DC變換器控制的變換器控制的是是時間比率調(diào)節(jié)時間比率調(diào)節(jié)按占空比的實現(xiàn)方式分類按占空比的實現(xiàn)方式分類 定頻控制定頻控制 PWM 變頻控制變頻控制 PFM Constant ON time control Constant OFF time control Hysterics control 按控制環(huán)路分類按控制環(huán)路分類 Single

3、 loop control Voltage mode control Two loop control Current mode control Peak current control Average current control Valley current control Charge control V2 Control Multi loop control V2C controlVoltage Mode Control電壓型控制電路電壓型控制電路 Vsaw Ve VP iL 電壓型控制主要波形圖電壓型控制主要波形圖優(yōu)點優(yōu)點: 只檢測輸出電壓一個變量，只有一個控制環(huán)，設(shè)計和分析相對比

4、較簡單；由于鋸齒波的幅值比較大，因此抗干擾能力比較強。缺點缺點: 輸入電壓或輸出電流的變化只能在輸出電壓改變時才能檢測到并反饋回來進行糾正，因此響應(yīng)速度比較慢；由于電壓型控制對負載電流沒有限制，因而需要額外的電路來限制輸出電流。 Peak Current Control 電流型控制電路電流型控制電路 VP VS Ve 時鐘電流型控制主要波形圖電流型控制主要波形圖優(yōu)點優(yōu)點: 相對于電壓型控制方法有更快的輸入更快的輸入瞬態(tài)響應(yīng)速度，提高了輸出電壓的穩(wěn)壓精度；自身具有限流的功能，易于實現(xiàn)變換器的過流保護，因而在多個電源并聯(lián)時，更便于實現(xiàn)均流，得到了廣泛應(yīng)用。工作原理工作原理： 在每個周期開始時時鐘信

5、號使鎖存器復(fù)位，開關(guān)管導(dǎo)通，開關(guān)電流由初始值線性增大，檢測電阻Rs上的電壓Vs也線性增大，當(dāng)Vs增大到誤差電壓Ve時，比較器翻轉(zhuǎn)，使鎖存器輸出低電平，開關(guān)管關(guān)斷，直到下一個時鐘脈沖到來開始一個新的周期。 Average Current Control 工作原理工作原理: 檢測電流經(jīng)電流積分器積分后與誤差電壓Ve相減，其差值與鋸齒波比較生成控制脈寬驅(qū)動開關(guān)。優(yōu)點優(yōu)點: 提高了電流的控制精度，抗干擾性強Charge Control 工作原理工作原理: 在開關(guān)S開通時電感電流對電容CT進行充電，當(dāng)電容電壓達到誤差電壓Ve時比較器翻轉(zhuǎn)，關(guān)斷S； 直到下個周期時鐘脈沖到來再次開啟S。在S關(guān)斷期間CT將充

6、電電荷完全放掉。電荷型控制方法可以控制每個周期的電量，可以更快更有效的控制電流。特點特點: 電荷型控制不限制最大電感電流；對電流的瞬態(tài)變化響應(yīng)速度慢，不能有效的保護開關(guān)管等功率器件。 One Cycle Control 單周控制原理圖單周控制原理圖工作原理工作原理 每個開關(guān)周期開始時，時鐘給出脈沖信號，控制器輸出高電平，開關(guān)管S導(dǎo)通，積分器對二極管上的電壓VD進行積分，積分器輸出電壓Vint從0開始增大，當(dāng)Vint達到基準電壓Vref時，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，控制器關(guān)斷開關(guān)管，同時輸出Reset信號將積分器復(fù)位，直到下一個時鐘脈沖到來開始新的周期 。優(yōu)點優(yōu)點 可以實現(xiàn)對輸入電壓平均值的瞬時動態(tài)控制，

7、開關(guān)變量平均值在經(jīng)歷一次過渡過程后，僅需一個開關(guān)周期就可以達到新的穩(wěn)態(tài)，對輸入電壓具有良好的抑制能力。缺點缺點 系統(tǒng)的負載動態(tài)響應(yīng)速度慢單周控制主要波形圖單周控制主要波形圖Hysteretic Control 滯環(huán)控制主要波形圖滯環(huán)控制主要波形圖滯環(huán)控制原理圖滯環(huán)控制原理圖 滯環(huán)控制，也稱為bang-bang控制或紋波調(diào)節(jié)器控制，滯環(huán)控制是一種單環(huán)、變頻的控制方法 。 工作原理：工作原理： 在t0時刻輸出電壓下降到VL，此時滯環(huán)比較器輸出高電平，開關(guān)管導(dǎo)通，電感電流上升，輸出電壓上升。 在t1時刻，滯環(huán)比較器的同相端與反相端相等，但是根據(jù)滯環(huán)比較器的特點，此時比較器還將繼續(xù)保持原來的狀態(tài)。這種

8、狀態(tài)一直將維持到V上升到VH時，即t2時刻。 在t2時刻，比較器翻轉(zhuǎn)，開關(guān)管關(guān)斷，電感電流下降，輸出電壓下降，這種狀態(tài)將一直維持到t3時刻輸出電壓下降到VL，開始一個新的周期。 滯環(huán)控制將輸出電壓維持在內(nèi)部參考電壓為中心的滯環(huán)寬度內(nèi)：V=VH-VL。 V2 Control 時鐘 VP VS Vc V2控制控制Buck變換器波形圖變換器波形圖 V2控制控制Buck變換器電路圖變換器電路圖 工作原理工作原理 - 在每一個開關(guān)周期開始時，時鐘信號使鎖存器復(fù)位、開關(guān)管導(dǎo)通，電感電流iL由初始值線性增大。對于開關(guān)頻率的信號，電容C支路的阻抗遠遠小于負載R的阻抗，該變化的電感紋波電流完全流經(jīng)電容C，通過濾

9、波電容的等效串聯(lián)電阻RE給濾波電容充電，從而在RE上產(chǎn)生與電感電流斜率相同的壓降。由于電容C的容量很大，其電壓Vcap可認為恒定不變，則內(nèi)環(huán)的檢測電壓為 , 當(dāng)VS增大到誤差電壓Vc時，比較器翻轉(zhuǎn)，從而使鎖存器輸出低電平，開關(guān)管關(guān)斷，電感電流線性下降，直到下一個時鐘脈沖信號到來，開始一個新的開關(guān)周期。 SLEcapVi RV V2C Control V2C控制控制Buck變換器電路圖變換器電路圖 時鐘 VP VS Vc V2C控制控制Buck變換器波形圖變換器波形圖 大學(xué)生該如何自我學(xué)習(xí)？大學(xué)生該如何自我學(xué)習(xí)？信息檢索與篩選信息檢索與篩選 http:/ /Xplore/home.jsp http:/ http:/ http:/ http:/.hk/ http:/ http:/ http:/ 仿真示例仿真示例二階電路零輸入響應(yīng)二階電路零輸入響應(yīng) 2/RL C2/RL C2/RL C過阻尼過阻尼欠阻尼欠阻尼臨界阻尼臨界阻尼仿真參數(shù)：仿真參數(shù)：C=1F，Vc0=10V，L=1HR=0.5 R=5 R=0.01 21()2RLCL衰減振蕩角頻率衰減振蕩角頻率 電壓型電壓型Buck變換器變換器 輸出電壓起動波形輸出電壓起動波形穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果負載突變仿真結(jié)果負載突變仿真結(jié)果功率