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固纬电子电力电子教学小课堂 | 第二十二讲: PEK-120模块之平均电流降压电路

发布日期:2022-11-02  点击次数: 88  作者:固纬电子

PTS-系列之PEK-100系列教学 PEK-120模块之平均电流降压电路

写在前面的话

经过前几期对于PTS-800中基本的电路图拓扑结构的学习,我们已经掌握了基本的电路模型。从PEK-100系列开始,在固有电路拓扑基础上开始对电路的控制方式进行学习。本期将针对直流变换器PEK-120的控制方式以及与新能源中光伏发电结合探究最大功率点追踪技术的学习。

PEK-120降压式转换器模组

简 述:

降压变换器的电流控制框架如图所示,采用的双回路控制,外环为电压回路,用以调整电压误差以及产生电流误差及产生电流内回路的电流命令,电流回路命令与电感电流的误差再经PWM产生开关管的驱动信号。电流模式控制方法主要包括:峰值电流控制、波谷电流控制、固定导通时间控制、固定截止时间控制、磁滞电流控制、平均电流控制等方法,本实验主要针对平均电流控制。

平均电流控制原理:

平均电流控制的方块图如下,其由外电路电压误差放大器作电压调整器产生电感电流命令信号,再利用电感电流与电流信号的误差经过一个电流误差放大器产生PWM所需的控制电压,最后由控制电压与三角波比较生成开关管的驱动信号。

电流环设计:

根据状态平均法:

忽略输入电压与输出电压的扰动:

考虑到电感电流的感测衰减与PWM的增益可知:

针对一阶系统,电流误差放大器可以采用二类误差放大器来设计,由于PWM的控制电压一个周期内仅能与其三角波信号交汇一次,因此电流回路的最大频宽受到控制信号的上升斜率小于锯齿波上升斜率的限制,由上述限制可知:

重新整理可知:

故:

重新整理:

如果根据控制电压的上升斜率限制来设计,理论上的最高电流回路频宽有可能高于或者接近开关频率,因此不可能以此值来设计,一般选择电流环频宽为开关管谢欢频率的四分之一到八分之一。因此,根据电流环频宽可以确定电流环的误差放大器参数。

电压回路增益误差放大器设计:

一般电压回路的响应速度低于电流环的响应速度,因此在设计电压环的时候可以将电流环看作是理想状态,即:

基于此假设,平均电流控制的电压回路等效电路可以简化如下图所示:

根据上式可以写出电压回路的控制方块图如下:

电压的误差放大器可以采用二型误差放大器来设计,电压回路的频宽一般为电流环的三分之一到五分之一。

本实验平均电流控制的降压变换器的规格如下:

本次采用matlab进行设计,其源代码如下:

仿真结果如下:

实验验证:

总 结:

平均电流控制方式相比较于单电压控制具有更快的响应速度与更好的抗干扰能力,是电力电子控制理论中双环控制的典型应用。固纬电子在点力电子教学方向致力于为老师减少压力,缓解学生的学习压力,因此开创了全新的理论与实践相结合的教学模式,还请各位老师同学进行了解转发。

附:为了提供学生更加丰富的学习资料,本次我们提供了matlab的仿真文件,感兴趣的可以点赞转发,在文章下面留言以及联系方式或邮箱可以免费提供仿真文件。

仿真效果图: