电力电子及其控制技术

电力电子及其控制技术报告结构1电力电子技术概述2开关DC-DC变换器3控制技术研究现状4电路仿真示例电力电子技术应用电力电子技术定义：采用电力电子器件等实现对电能的有效变换和控制的技术，变换包括电压、电流、频率和波形方面的变换。思考：为什么要变换？分类：采用按交-直流变换类型划分1AC-DC2AC-AC3DC-DC4DC-AC为什么要采用开关电源？开关DC-DC变换器01()sTsgsVvtdtDVTD：控制脉冲占空比控制本质及分类开关DC-DC变换器控制的本质是时间比率调节按占空比的实现方式分类•定频控制–PWM•变频控制–PFMConstantONtimecontrolConstantOFFtimecontrolHystericscontrol按控制环路分类•Singleloopcontrol–Voltagemodecontrol•Twoloopcontrol–CurrentmodecontrolPeakcurrentcontrolAveragecurrentcontrolValleycurrentcontrolChargecontrol–V2Control•Multiloopcontrol–V2CcontrolVoltageModeControlCSVgDRLV锯齿波VsawVref基准电压VeVpiL比较器误差放大器电压型控制电路VsawVeVPiL电压型控制主要波形图优点:只检测输出电压一个变量，只有一个控制环，设计和分析相对比较简单；由于锯齿波的幅值比较大，因此抗干扰能力比较强。缺点:输入电压或输出电流的变化只能在输出电压改变时才能检测到并反馈回来进行纠正，因此响应速度比较慢；由于电压型控制对负载电流没有限制，因而需要额外的电路来限制输出电流。PeakCurrentControlCSVgDRLVVref基准电压VeVpiL时钟VSRSiS误差放大器比较器RQS锁存器电流型控制电路VPVSVe时钟VP电流型控制主要波形图优点:相对于电压型控制方法有更快的输入瞬态响应速度，提高了输出电压的稳压精度；自身具有限流的功能，易于实现变换器的过流保护，因而在多个电源并联时，更便于实现均流，得到了广泛应用。工作原理：在每个周期开始时时钟信号使锁存器复位，开关管导通，开关电流由初始值线性增大，检测电阻Rs上的电压Vs也线性增大，当Vs增大到误差电压Ve时，比较器翻转，使锁存器输出低电平，开关管关断，直到下一个时钟脉冲到来开始一个新的周期。AverageCurrentControl工作原理:检测电流经电流积分器积分后与误差电压Ve相减，其差值与锯齿波比较生成控制脉宽驱动开关。优点:提高了电流的控制精度，抗干扰性强CSVgDRLVVref基准电压VeVpiLVSRSiS误差放大器电流积分器比较器锯齿波VsawChargeControlVeVp时钟VSCTiS比较器QRQS锁存器CSVgDRLVVref基准电压iL误差放大器工作原理:在开关S开通时电感电流对电容CT进行充电，当电容电压达到误差电压Ve时比较器翻转，关断S；直到下个周期时钟脉冲到来再次开启S。在S关断期间CT将充电电荷完全放掉。电荷型控制方法可以控制每个周期的电量，可以更快更有效的控制电流。特点:电荷型控制不限制最大电感电流；对电流的瞬态变化响应速度慢，不能有效的保护开关管等功率器件。OneCycleControlCSVgDRLVVrefVpiLVintReset比较器积分器Cf控制器时钟RfVD单周控制原理图工作原理每个开关周期开始时，时钟给出脉冲信号，控制器输出高电平，开关管S导通，积分器对二极管上的电压VD进行积分，积分器输出电压Vint从0开始增大，当Vint达到基准电压Vref时，比较器输出翻转，控制器关断开关管，同时输出Reset信号将积分器复位，直到下一个时钟脉冲到来开始新的周期。优点可以实现对输入电压平均值的瞬时动态控制，开关变量平均值在经历一次过渡过程后，仅需一个开关周期就可以达到新的稳态，对输入电压具有良好的抑制能力。缺点系统的负载动态响应速度慢时钟tttVPVinttVDVrefVref单周控制主要波形图HystereticControlSVgDRLVVref基准电压VpiL驱动滞环比较器ioCVVREFVHVLtttVPiLTt0t1t2t3滞环控制主要波形图滞环控制原理图滞环控制，也称为bang-bang控制或纹波调节器控制，滞环控制是一种单环、变频的控制方法。工作原理：在t0时刻输出电压下降到VL，此时滞环比较器输出高电平，开关管导通，电感电流上升，输出电压上升。在t1时刻，滞环比较器的同相端与反相端相等，但是根据滞环比较器的特点，此时比较器还将继续保持原来的状态。这种状态一直将维持到V上升到VH时，即t2时刻。在t2时刻，比较器翻转，开关管关断，电感电流下降，输出电压下降，这种状态将一直维持到t3时刻输出电压下降到VL，开始一个新的周期。滞环控制将输出电压维持在内部参考电压为中心的滞环宽度内：ΔV=VH-VL。V2ControlSVgDRLVVref基准电压VcVpiL时钟RQSRE锁存器VcapVS比较器误差放大器ioC时钟VPVSVcV2控制Buck变换器波形图V2控制Buck变换器电路图工作原理-在每一个开关周期开始时，时钟信号使锁存器复位、开关管导通，电感电流iL由初始值线性增大。对于开关频率的信号，电容C支路的阻抗远远小于负载R的阻抗，该变化的电感纹波电流完全流经电容C，通过滤波电容的等效串联电阻RE给滤波电容充电，从而在RE上产生与电感电流斜率相同的压降。由于电容C的容量很大，其电压Vcap可认为恒定不变，则内环的检测电压为,当VS增大到误差电压Vc时，比较器翻转，从而使锁存器输出低电平，开关管关断，电感电流线性下降，直到下一个时钟脉冲信号到来，开始一个新的开关周期。SLEcapViRVV2CControlSViDRLVVref基准电压VcVpiL时钟VSRSRQS锁存器比较器误差放大器R2R1RECVcapV2C控制Buck变换器电路图时钟VPVSVcV2C控制Buck变换器波形图大学生该如何学习？信息检索与筛选://ieeexplore.ieee.org/Xplore/home.jsp://www.alldatasheet.com/://www.google.com.hk/://www.drugfuture.com/cnpat/cn_patent.asp，信息整理与归类同样非常重要！学会使用工具工欲善其事，必先利其器得其法者事半功倍，不得其法者事倍功半仿真示例二阶电路零输入响应2/RLC2/RLC2/RLC过阻尼欠阻尼临界阻尼仿真参数：C=1µF，Vc0=10V，L=1µHR=0.5ΩR=5ΩR=0.01Ω21()2RLCL衰减振荡角频率电压型Buck变换器输出电压起动波形稳态仿真结果负载突变仿真结果功率因素校正变换器单相不控整流电路仿真结果输入电流FFTBoostPFC仿真电路图输入电压、电流仿真结果输入电流FFT单相逆变器单相逆变器开环仿真电路图仿真结果Thanks!