電流型控制技術(shù)

1、16.5 電流型控制技術(shù)電流型控制技術(shù) n電流型控制技術(shù)是一種性能優(yōu)良的控制技術(shù)。美電流型控制技術(shù)是一種性能優(yōu)良的控制技術(shù)。美國國BOSE公司公司Thomas AFroeschle于于1967年年首次提出了電流控制兩態(tài)調(diào)制技術(shù)首次提出了電流控制兩態(tài)調(diào)制技術(shù)(滯環(huán)電流型控滯環(huán)電流型控制技術(shù)制技術(shù))，但當(dāng)時(shí)并未公諸于世。，但當(dāng)時(shí)并未公諸于世。n直到直到1984年申請(qǐng)并獲得了美國發(fā)明專利后才得到年申請(qǐng)并獲得了美國發(fā)明專利后才得到了很大發(fā)展和廣泛應(yīng)用。了很大發(fā)展和廣泛應(yīng)用。n電流型控制技術(shù)包括瞬時(shí)值電流型控制技術(shù)和平電流型控制技術(shù)包括瞬時(shí)值電流型控制技術(shù)和平均值電流型控制技術(shù)。均值電流型控制技術(shù)。 2

2、瞬時(shí)值電流型控制技術(shù)瞬時(shí)值電流型控制技術(shù)n瞬時(shí)值電流型控制技術(shù)包括恒定截止時(shí)間、恒瞬時(shí)值電流型控制技術(shù)包括恒定截止時(shí)間、恒定導(dǎo)通時(shí)間、恒定開通時(shí)刻、恒定關(guān)斷時(shí)刻和定導(dǎo)通時(shí)間、恒定開通時(shí)刻、恒定關(guān)斷時(shí)刻和恒定遲滯環(huán)寬等五種。恒定遲滯環(huán)寬等五種。n這類電流型控制技術(shù)是檢測并將電感電流或功這類電流型控制技術(shù)是檢測并將電感電流或功率開關(guān)電流作為電流內(nèi)環(huán)的反饋信號(hào)與電壓外率開關(guān)電流作為電流內(nèi)環(huán)的反饋信號(hào)與電壓外環(huán)的輸出信號(hào)環(huán)的輸出信號(hào)(電流給定電流給定)經(jīng)比較器比較后，去經(jīng)比較器比較后，去控制功率開關(guān)的占空比，使功率開關(guān)的峰值或控制功率開關(guān)的占空比，使功率開關(guān)的峰值或谷值電流直接跟隨電壓反饋回路中誤差放

3、大器谷值電流直接跟隨電壓反饋回路中誤差放大器輸出信號(hào)的變化的。輸出信號(hào)的變化的。 36.5.1恒定截止時(shí)間峰值電流控制技術(shù)恒定截止時(shí)間峰值電流控制技術(shù) n恒定截止時(shí)間峰值電流控制原理如圖所示恒定截止時(shí)間峰值電流控制原理如圖所示 電感電流的反饋信號(hào)電感電流的反饋信號(hào)iLf與電壓誤差放大器輸出的電流給定信號(hào)與電壓誤差放大器輸出的電流給定信號(hào)ir(ue)比較，當(dāng)比較，當(dāng)iLf上升到上升到ir時(shí)，功率開關(guān)就關(guān)斷，時(shí)，功率開關(guān)就關(guān)斷， iLf下降。功率下降。功率開關(guān)的截止時(shí)間，并不是由電感電流的下降量開關(guān)的截止時(shí)間，并不是由電感電流的下降量iLf決定的，而決定的，而是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置的恒定低電平時(shí)間決

4、定的。是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置的恒定低電平時(shí)間決定的。在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的截止時(shí)間恒定，導(dǎo)通時(shí)間和在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的截止時(shí)間恒定，導(dǎo)通時(shí)間和開關(guān)周期開關(guān)周期(開關(guān)頻率開關(guān)頻率)均變化。均變化。 46.5.2恒定導(dǎo)通時(shí)間谷值電流控制技術(shù)恒定導(dǎo)通時(shí)間谷值電流控制技術(shù) n恒定導(dǎo)通時(shí)間谷值電流控制原理如圖所示。恒定導(dǎo)通時(shí)間谷值電流控制原理如圖所示。 電感電流的反饋信號(hào)電感電流的反饋信號(hào)iLf與電壓誤差放大器輸出的電流給定信號(hào)與電壓誤差放大器輸出的電流給定信號(hào)ir(ue)比較，比較，當(dāng)當(dāng)iLf下降到下降到ir時(shí)，功率開關(guān)就開通，時(shí)，功率開關(guān)就開通， iLf上升。功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，并不是上

5、升。功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，并不是由電感電流的上升量由電感電流的上升量iLf決定的，而是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置的恒定高電平時(shí)決定的，而是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置的恒定高電平時(shí)間決定的。間決定的。在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間恒定，截止時(shí)間和開關(guān)周期在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間恒定，截止時(shí)間和開關(guān)周期(開關(guān)開關(guān)頻率頻率)均變化。均變化。 56.5.3恒定開通時(shí)刻峰值恒定開通時(shí)刻峰值電流控制技術(shù)電流控制技術(shù)n恒定開通時(shí)刻峰值電流控制原理如圖所示。恒定開通時(shí)刻峰值電流控制原理如圖所示。n當(dāng)恒頻時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，當(dāng)恒頻時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，RS觸發(fā)器置觸發(fā)器置n位，功率開關(guān)開通，電感電流或功率開關(guān)位，功率開關(guān)

6、開通，電感電流或功率開關(guān)電流電流iLf開始上升；開始上升；n當(dāng)當(dāng)iLf及其電流補(bǔ)償信號(hào)及其電流補(bǔ)償信號(hào)ic之和上升到電壓誤之和上升到電壓誤差放大器輸出的電流給定信號(hào)差放大器輸出的電流給定信號(hào)ir時(shí)，時(shí)，RS觸觸發(fā)器復(fù)位，功率開關(guān)就關(guān)斷，發(fā)器復(fù)位，功率開關(guān)就關(guān)斷，fLf開始下降。開始下降。n功率開關(guān)的開通時(shí)刻并不是由電感電流的功率開關(guān)的開通時(shí)刻并不是由電感電流的下降量下降量 iLf 決定的，而是由決定的，而是由RS觸發(fā)器的觸發(fā)器的恒定置位時(shí)刻，即恒頻時(shí)鐘信號(hào)的到來時(shí)恒定置位時(shí)刻，即恒頻時(shí)鐘信號(hào)的到來時(shí)刻決定的。刻決定的。n在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間和

7、截止時(shí)間均變化，而開關(guān)頻率恒定。和截止時(shí)間均變化，而開關(guān)頻率恒定。 66.5.4恒定關(guān)斷時(shí)刻谷恒定關(guān)斷時(shí)刻谷值電流控制技術(shù)值電流控制技術(shù)n恒定關(guān)斷時(shí)刻谷值電流控制原理如圖所示。恒定關(guān)斷時(shí)刻谷值電流控制原理如圖所示。n當(dāng)恒頻時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，當(dāng)恒頻時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，RS觸發(fā)器復(fù)位，觸發(fā)器復(fù)位，功率開關(guān)關(guān)斷，電感電流或功率開關(guān)電流功率開關(guān)關(guān)斷，電感電流或功率開關(guān)電流iLf開始下降；開始下降；n當(dāng)當(dāng)iLf 及其電流補(bǔ)償信號(hào)及其電流補(bǔ)償信號(hào)ic之和下降到電壓誤之和下降到電壓誤差放大器輸出的電流給定信號(hào)差放大器輸出的電流給定信號(hào)ir時(shí)，時(shí)，RS觸發(fā)觸發(fā)器置位，功率開關(guān)就開通，器置位，功率開關(guān)就開通， iLf

8、 開始上升。開始上升。n功率開關(guān)的關(guān)斷時(shí)刻并不是由電感電流的上功率開關(guān)的關(guān)斷時(shí)刻并不是由電感電流的上升量升量iLf 決定的，而是由決定的，而是由RS觸發(fā)器的恒定觸發(fā)器的恒定復(fù)位時(shí)刻，即恒頻時(shí)鐘信號(hào)的到來時(shí)刻決定復(fù)位時(shí)刻，即恒頻時(shí)鐘信號(hào)的到來時(shí)刻決定的。的。n在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的截止時(shí)間和在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，功率開關(guān)的截止時(shí)間和導(dǎo)通時(shí)間均變化，而開關(guān)頻率恒定。導(dǎo)通時(shí)間均變化，而開關(guān)頻率恒定。 76.5.5恒定遲滯環(huán)寬峰恒定遲滯環(huán)寬峰/谷值電流控制技術(shù)谷值電流控制技術(shù) n電感電流或功率開關(guān)電流的反饋信號(hào)電感電流或功率開關(guān)電流的反饋信號(hào)iLf與電壓誤差放大器輸出的電流給與電壓誤差放大器輸出的電

9、流給定信號(hào)定信號(hào)ic經(jīng)遲滯比較器比較，當(dāng)誤差電流經(jīng)遲滯比較器比較，當(dāng)誤差電流ie=ir-iLfh2時(shí)，功率開關(guān)就關(guān)斷，時(shí)，功率開關(guān)就關(guān)斷，iLf下降；當(dāng)誤差電流下降；當(dāng)誤差電流ie=ir-iLfh1時(shí)，功率開關(guān)就開通。時(shí)，功率開關(guān)就開通。n功率開關(guān)的截止時(shí)間或開通時(shí)刻，不是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置的恒定低電功率開關(guān)的截止時(shí)間或開通時(shí)刻，不是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置的恒定低電平時(shí)間或恒頻時(shí)鐘脈沖的到來時(shí)刻決定的，而是由遲滯比較器設(shè)置的恒平時(shí)間或恒頻時(shí)鐘脈沖的到來時(shí)刻決定的，而是由遲滯比較器設(shè)置的恒定遲滯環(huán)寬定遲滯環(huán)寬(h1-h2)決定的。決定的。n這種電流型控制技術(shù)設(shè)置這種電流型控制技術(shù)設(shè)置,也稱為電流控制

10、兩態(tài)調(diào)制技術(shù)。也稱為電流控制兩態(tài)調(diào)制技術(shù)。 81.兩態(tài)調(diào)制技術(shù)兩態(tài)調(diào)制技術(shù) n兩態(tài)調(diào)制就是調(diào)制電路的輸出只有高電平和低電兩態(tài)調(diào)制就是調(diào)制電路的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)狀態(tài)，兩態(tài)調(diào)制系統(tǒng)是將調(diào)制電路本身的平兩個(gè)狀態(tài)，兩態(tài)調(diào)制系統(tǒng)是將調(diào)制電路本身的輸出脈沖經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的諧波函數(shù)作為載波。輸出脈沖經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的諧波函數(shù)作為載波?；镜膬蓱B(tài)調(diào)制系統(tǒng)如圖所示?；镜膬蓱B(tài)調(diào)制系統(tǒng)如圖所示。 9兩態(tài)調(diào)制與正弦脈寬調(diào)制原理的比較 a)兩態(tài)調(diào)制兩態(tài)調(diào)制 b)正弦脈寬調(diào)制正弦脈寬調(diào)制10具有輸出電壓反饋的兩態(tài)調(diào)制系統(tǒng)具有輸出電壓反饋的兩態(tài)調(diào)制系統(tǒng) n如果采用反饋網(wǎng)絡(luò)為固定電阻的遲滯比較器，則遲滯比如果采

11、用反饋網(wǎng)絡(luò)為固定電阻的遲滯比較器，則遲滯比較器的滯環(huán)寬度是固定的，而開關(guān)頻率在變化；較器的滯環(huán)寬度是固定的，而開關(guān)頻率在變化；n如果采用反饋網(wǎng)絡(luò)不是固定電阻的遲滯比較器，即采用如果采用反饋網(wǎng)絡(luò)不是固定電阻的遲滯比較器，即采用一恒定頻率的時(shí)鐘信號(hào)及鑒相電路來控制遲滯比較器的一恒定頻率的時(shí)鐘信號(hào)及鑒相電路來控制遲滯比較器的反饋量大小，改變其滯環(huán)寬度，從而保持開關(guān)頻率恒定反饋量大小，改變其滯環(huán)寬度，從而保持開關(guān)頻率恒定 該系統(tǒng)是一個(gè)非線性該系統(tǒng)是一個(gè)非線性控制系統(tǒng)，具有良好控制系統(tǒng)，具有良好的性能。的性能。改變遲滯比較器的滯改變遲滯比較器的滯環(huán)寬度不但能調(diào)節(jié)并環(huán)寬度不但能調(diào)節(jié)并穩(wěn)定調(diào)制頻率，還能穩(wěn)定

12、調(diào)制頻率，還能提高系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)提高系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。性能。112電流控制兩態(tài)調(diào)制系統(tǒng) 126.5.6峰谷值電流型控制技術(shù)的特點(diǎn)峰谷值電流型控制技術(shù)的特點(diǎn) 1優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)n(1)電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)高度穩(wěn)定的自激振蕩系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)高度穩(wěn)定的自激振蕩系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，具有高度的穩(wěn)定性；具有高度的穩(wěn)定性；n(2)當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化導(dǎo)致輸出電壓變化時(shí)，都將引起電感當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化導(dǎo)致輸出電壓變化時(shí)，都將引起電感電流變化率的改變，從而使占空比發(fā)生變化，起到了電壓前饋電流變化率的改變，從而使占空比發(fā)生變化，起到了電壓前饋控制的作用，具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；控制的作用，具有快速的動(dòng)態(tài)響

13、應(yīng)；n(3)由于系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，反饋環(huán)路的由于系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，反饋環(huán)路的增益可以設(shè)計(jì)得很大，從而使輸出電壓具有很高的靜態(tài)精度；增益可以設(shè)計(jì)得很大，從而使輸出電壓具有很高的靜態(tài)精度；n(4)具有內(nèi)在的對(duì)功率開關(guān)的電流控制及限流能力，過載及短路具有內(nèi)在的對(duì)功率開關(guān)的電流控制及限流能力，過載及短路能力強(qiáng)；能力強(qiáng)；n(5)并聯(lián)的各個(gè)逆變器共用一個(gè)電壓誤差放大器時(shí)，可自動(dòng)均流；并聯(lián)的各個(gè)逆變器共用一個(gè)電壓誤差放大器時(shí)，可自動(dòng)均流；(6)強(qiáng)的參數(shù)魯棒性和對(duì)各種電路的廣泛適應(yīng)性。強(qiáng)的參數(shù)魯棒性和對(duì)各種電路的廣泛適應(yīng)性。132缺點(diǎn)缺點(diǎn) n(1)雙環(huán)控制增加了電路分析

14、和設(shè)計(jì)的難度；雙環(huán)控制增加了電路分析和設(shè)計(jì)的難度；n(2)占空比大于占空比大于05時(shí)，由于電流上升率不夠時(shí)，由于電流上升率不夠大，在沒有斜坡補(bǔ)償時(shí)，控制環(huán)路變得不穩(wěn)定，大，在沒有斜坡補(bǔ)償時(shí)，控制環(huán)路變得不穩(wěn)定，抗干擾性能差，因此需要斜坡補(bǔ)償；抗干擾性能差，因此需要斜坡補(bǔ)償；n(3)由于控制信號(hào)來自輸出電流，功率電路的由于控制信號(hào)來自輸出電流，功率電路的諧振會(huì)給控制環(huán)帶來噪聲，噪聲免疫能力差；諧振會(huì)給控制環(huán)帶來噪聲，噪聲免疫能力差；n(4)存在較大的電感電流峰值平均值誤差；存在較大的電感電流峰值平均值誤差；n(5)因控制環(huán)控制電流，負(fù)載調(diào)整率變差，變因控制環(huán)控制電流，負(fù)載調(diào)整率變差，變換器多路輸

15、出時(shí)需要耦合電感實(shí)現(xiàn)交叉調(diào)節(jié)。換器多路輸出時(shí)需要耦合電感實(shí)現(xiàn)交叉調(diào)節(jié)。 146.5.7平均值電流型控制技術(shù)平均值電流型控制技術(shù) 平均值電流型控制系統(tǒng)框圖與原理波形如圖示平均值電流型控制系統(tǒng)框圖與原理波形如圖示 n將電感電流檢測電阻將電感電流檢測電阻R。上的電壓作為電流內(nèi)環(huán)的反饋信號(hào)。上的電壓作為電流內(nèi)環(huán)的反饋信號(hào)與電壓外環(huán)的輸出信號(hào)與電壓外環(huán)的輸出信號(hào)(電流給定電流給定)比較，經(jīng)電流誤差放大器比較，經(jīng)電流誤差放大器放大后，并在放大后，并在PWM比較器的輸入端與振蕩器產(chǎn)生的幅值較比較器的輸入端與振蕩器產(chǎn)生的幅值較大的鋸齒波進(jìn)行比較，去控制功率開關(guān)的占空比。大的鋸齒波進(jìn)行比較，去控制功率開關(guān)的占空比。 15平均值電流型控制技術(shù)的特點(diǎn)：平均值電流型控制技術(shù)的