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基于伏秒平衡的DCM自稳压控制
阅读: 285 |  回复: 3 楼层直达

2021/04/01 17:45:12
1
boy59[版主]
电源币:1622 | 积分:113 主题帖:88 | 回复帖:365
LV9
军长

  当开关电源工作于CCM模式时输出电压与输入电压满足一定的关系如反激电路Vo=Vin*D/(1-D)、正激电路Vo=Vin*D、Boost电路Vo=Vin/(1-D),假设输入电压Vin不变只有保证占空比D不变则输出电压也不变。

  在DCM模式时上述关系不再成立一般是根据能量守恒来计算此时需要知道负载电阻的大小,其实DCM中也是隐含了伏秒平衡特性,见下图:

                                       图1 伏秒平衡电流波形曲线

  图1(a)为CCM模式满足伏秒平衡,图1(b)为DCM模式其中Ton与Toff’满足伏秒平衡,再观察图中的红色trig三角波,相对于CCM模式只是向下平移了而其形状并未改变。

  如果在控制电路中模拟出电感电流并将电流小于零的部分补充上去(虚线部分)那么就能得到DCM模型下的伏秒平衡关系进而同CCM模式一样实现自稳压特性。

2021/04/01 17:49:08
2
电源网-fqd
电源币:5059 | 积分:15055 主题帖:617 | 回复帖:5132
LV11
统帅
2021/04/03 20:05:35
3
boy59[版主]
电源币:1622 | 积分:113 主题帖:88 | 回复帖:365
LV9
军长

实现DCM自稳压有好多种办法,比如用Toff反推Ton通过积分求平均值法模拟电感电流法认为是一种简单有效的方法。以反激为例,其伏秒平衡关系满足Vin/Lm*Ton=Vor/Lm*Toff,只要公式中的电压除电感换成压控电流源再将“零”线上移就能实现兼容DCM和CCM电感电流的模拟完成自稳压功,电路如下:

直流输入 

                         2 DCMCCM自稳压控制电路

上图控制电路左侧输入一固定占空比的PWM信号,模拟输出功率从轻载到重载的波形如下:

直流输入可变输出功率 

                         2-1 直流输入从轻载到重载的波形

如上图所示随着负载功率的增大电路由DCM进入CCM模式,输出电压始终稳定在50V左右达到了预期目标。再模拟输出功率轻载——重载——轻载突变的波形:

直流输入突变输出功率 

                      2-2 直流输入负载突变的波形

上图显示经历负载突变后输出电压也可以自动实现稳压(轻载时有震荡现象电路需做一些调整)。

2021/04/03 20:11:31
4
boy59[版主]
电源币:1622 | 积分:113 主题帖:88 | 回复帖:365
LV9
军长

前面假设的输入电压不变,当输入电压变化时占空比需做相应的调整才能保持输出不变,增加一前馈电路可以解决这一问题,电路如下:

开环自稳反激 

                                3 带前馈功能的自稳压控制电路

下面模拟输入有波动情况下由轻载到重载的波形:

交流输入可变输出功率 

                           3-1 交流输入由轻载到重载波形

上图输入电压为交流电经整流器后的波动电压,随着负载功率的增加也经历了从DCMCCM的过程,输出电压也基本保持稳定。

再模拟交流输入情况下负载突变的波形:

交流输入突变输出功率 

                               3-2 交流输入负载突变波形

 通过以上仿真验证了这种利用伏秒平衡原理实现DCM&CCM模式自稳定输出的可行性,实际应用中再匹配PID控制器就可以得到更精确的输出电压控制。那么这种控制方法能否改变功率级电路的动态特性,对降低PID控制器参数设计是否有帮助?下一步准备通过环路分析找出其中的答案。

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