高頻感應(yīng)加熱電源斬波器補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)

1、高頻感應(yīng)加熱電源斬波器補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱電源的調(diào)功辦法有無數(shù)，在進(jìn)一步提高功率和的工作頻率時(shí)，普通挑選在整流側(cè)調(diào)功。而斬波調(diào)功在直流下工作，供電功率因數(shù)高，對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾小，的工作頻率高，而且與逆變器控制分開，使得系統(tǒng)越發(fā)穩(wěn)定牢靠，故適用于電壓型逆變器用法。在斬波調(diào)功的感應(yīng)加熱電源中，逆變電源的功率控制主要是轉(zhuǎn)化為buck斬波器的功率控制，即通過轉(zhuǎn)變buck斬波器的驅(qū)動(dòng)脈沖來調(diào)整輸出電壓，從而調(diào)整電源的輸出功率。但是buck斬波器輸出電壓可能有偏差，環(huán)路設(shè)計(jì)就變成一項(xiàng)很重要的工作，它關(guān)系到電路的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、動(dòng)態(tài)過沖等指標(biāo)。本文在分析基于功率控制的buck斬波器的小信號(hào)模型和反饋控制

2、模式的基礎(chǔ)上，探討了反饋控制的傳遞函數(shù)和環(huán)路參數(shù)的設(shè)計(jì)。1 基于功率控制的buck變換器分析1所示，buck變換器的功率控制包括3個(gè)部分，buck斬波器、誤差和脈沖調(diào)整器，其中，buck斬波器反映了電源本身的特性，通過建模的辦法可以分析其輸入到輸出、控制到輸出的特性；誤差放大器和pwm脈沖調(diào)整器構(gòu)成反饋環(huán)節(jié)，誤差放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，將給定信號(hào)與輸出信號(hào)的差值放大，通過pwm脈沖調(diào)整器調(diào)整占空比d(t)終于可以調(diào)整輸出電壓uo，使輸出穩(wěn)定在給定值上。囫圇功率控制環(huán)的設(shè)計(jì)可以等價(jià)為對(duì)buck斬波器控制器設(shè)計(jì)，因此必需首先建立控制對(duì)象buck斬波器的在延續(xù)(c cm)模式下的小信號(hào)模型。圖2

3、為設(shè)定buck電路工作于電感電流延續(xù)狀態(tài)(c cm)，應(yīng)用三端pwm平均模型辦法，并考慮電感rl和rc(esr)，見圖3。圖2中虛線框內(nèi)部分為三端pwm模型，由開關(guān)管vt、vdf和續(xù)流二極管vd組成，其中，ia和ic分離代表ia(t)、ic(t)的平均變量，uap和ucp分離代表 uap(t)、ucp(t)平均變量，其中ia(t)和ic(t)為流入a端和流出c端的電流瞬時(shí)變量，uap(t)和ucp(t)為端口ap和cp的電壓瞬時(shí)變量，它們是時(shí)光的函數(shù)。將主開關(guān)管等效成受控電流源形式，二極管vdf等效成受控電壓源形式，由此可以得出3中虛線所示的三端pwm7開關(guān)模型。當(dāng)不考慮電感內(nèi)阻(通?？墒÷?

4、時(shí)，可以得到buck變換器占空比到輸出的傳遞函數(shù)為：rc濾波電容的esr按照得到的buck變換器的小信號(hào)模型，利用matlab軟件分析了其頻率特性4和圖5所示。圖4和圖5對(duì)照分析可以看出，受高頻esr的影響，在穿越頻率處又產(chǎn)生一個(gè)相位滯后角，同時(shí)使幅頻特性的斜率由-2變成-1。從整體來看，系統(tǒng)的低頻增益低，相角裕度所以囫圇閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：式中：k2(s)-pwm調(diào)制調(diào)制器傳遞函數(shù)，其傳遞函數(shù)k2(s)=1um，其中um為鋸齒波最大振幅。本文用matlab軟件設(shè)計(jì)了具有雙零點(diǎn)、雙極點(diǎn)的pi控制器，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果舉行了驗(yàn)證。按照bode定理，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)加入后的回路增益應(yīng)滿足幅頻漸進(jìn)線以-20

5、dbdec的斜率穿過剪切點(diǎn)(c點(diǎn))，并且起碼在剪切頻率左右2c的范圍內(nèi)保持此斜率不變。由此要求，首先挑選剪切頻率。實(shí)際應(yīng)用中，選fc=fs5為宜，其中fs為斬波器工作頻率或開關(guān)管的開關(guān)頻率。詳細(xì)斬波器中，開關(guān)頻率為50khz，則fc=505=10khz。7中所示，未加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)之前系統(tǒng)在fc=10khz處的增益為-114db，斜率為-40dbd ec，所以，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足如下條件：在fc=10khz處的增益為114db，斜率為+200dbdec，并保持此斜率在起碼2c的范圍內(nèi)不變。取兩個(gè)零點(diǎn)位于諧振頻率附近，以抵消斬波器的2個(gè)極點(diǎn)(零點(diǎn)+2斜率補(bǔ)償極點(diǎn)-2斜率，并補(bǔ)償其相位滯后)；令一個(gè)極點(diǎn)p1

6、抵消斬波器的esr零點(diǎn)：fp1fz,設(shè)置一個(gè)高頻極點(diǎn)p2，fp2(510）fc，使高頻段增益降低，以抑制高頻噪聲。按照以上要求，可以按如下計(jì)劃設(shè)計(jì)：fz1=fz2=133khz，fp1=796khz，fp2=100khz，kp=3250則所設(shè)計(jì)的p i補(bǔ)償器的參數(shù)如下：取r 1=5 0k ，r 2=1 96k ，r3=08 8k ，c1=50pf，c 2=61nf，c3=236nf。實(shí)際電路中，取r1=50k，r 2=20k，r 3=088k，c1=50pf，c2=62nf，c3=22nf。從圖7中可以看出，增強(qiáng)pi補(bǔ)償器后，系統(tǒng)補(bǔ)償后低頻增益提高，中頻帶寬增大，并以-20dbdec的斜率穿越零分貝線；系統(tǒng)截止頻率近似為1okhz，與設(shè)計(jì)期望值相同；高頻衰減快速，很好地提高了系統(tǒng)抗干擾性能；補(bǔ)償后的相位裕度達(dá)到了75°。4 結(jié)束語對(duì)于高頻感應(yīng)加熱電源廣泛應(yīng)用的buck斬波調(diào)功電路，設(shè)計(jì)了雙極點(diǎn)、雙零點(diǎn)