解读开关电源控制方式

路涛

【摘 要】文章首先对开关电源的控制特点进行简要分析,在此基础上对开关电源PWM整流控制技术进行论述.期望通过文中的研究能够对促进开关电源控制水平的提升有所帮助.

【期刊名称】《应用能源技术》 【年(卷),期】2018(000)007 【总页数】2页(P43-44) 【关键词】开关电源;控制;PWM 【作 者】路涛

【作者单位】贵州航天林泉电机有限公司,贵州贵阳550081 【正文语种】中 文 【中图分类】TM56 0 引 言

开关电源是以电力电子技术作为核心技术，可对开关管通断的时间比率进行控制，保证电压稳定输出的电器设备，其主要的控制方式为PWM，即脉冲宽度调制。体积小、功耗低、重量轻、效率高是开关电源较为突出的特点，同时开关电源在运行的过程中发热量较低，由此可以使其保持更加稳定的性能。PWM是开关电源最为基本的控制方式，当外部的输入电压、电源内部的参数发生变化时，被控信号与基

准信号之间便会出现一个差值，控制电路通过对该差值的闭环反馈，可对主电路开关管的导通时间进行调节，由此可使开关电源的输出电压始终保持稳定。在开关电源中，PWM控制之所以获得广泛应用，与其所具备的特点有着密不可分的关联，PWM是在固定的频率下运行，故此它的噪音较低，同时在满负载的运行状态，PWM能够在连续导电模式下保持高效运行。 1 开关电源PWM整流控制技术

PWM整流器是在对二极管整流器进行全面改进的基础出现的一种新型整流器，其通过全控型功率开关管替代二极管，并以斩控的方式取代相控及不控，其在性能方面具有传统整流器无法比拟的优势，具体体现在如下几个方面：PWM整流器的电流为正弦波，功率因数具有可控性，可以实现双向的电能传输，动态控制响应速度快。

1.1 PWM整流器的拓扑结构

利用电容对直流进行储存是PWM整流器的拓扑特征之一，由此使其具备了低阻抗的特性，对网侧的电流进行有效地控制是确保VSR四象限运行的关键之所在。单相VSR的PWM调制方式比较常用的有以下两种：一种是单极性，另一种是双极性，下面基于这两种控制方式，对单项VSR的PWM控制过程进行分析。 1.1.1 单极性调制

当VSR采用此类方式进行调制时，VSR会出现多种不同的开关模式，不同模式下的电流回路均不相同。当VSR的直流电容相对较大时，其直流侧的电压可接近一个定值，由于网侧电流的瞬时值是以脉动的状态存在，所以在开关频率足够大的前提下，可以使各个区间全部满足电流的初始条件，由此可得出如下结论：在单极性调制模式下，单相VSR直流电压的脉动峰值相对较小。 1.1.2 双极性调制

当单相VSR采用此类调制方式时，通过电压的切换，可实现PWM控制。基于这

一前提，PWM的控制过程也有两种不同的开关模式。在直流侧电容相对较大的条件下，采用双极性进行调制时，可以使电感磁能大幅度减少，这样一来网侧电流也会随之出现衰减的现象，如果开关的频率足够大，则可将VSR的谐波电流忽略不计。

通过上述分析可知，PWM整流器除了可以对谐波起到有效的抑制作用外，还具有调整功率因数的功能，这对于提高开关电源的控制效果十分有力。 1.2 PWM整流控制

对于PWM整流器而言，其之所以在短短几年时间内，在开关电源领域中获得越来越广泛的应用，主要是因为PWM整流器采用了先进的控制技术，由此可使开关电源的控制效果得到进一步提升。从目前的情况上看，国内对PWM整流控制器的研究重点放在如下几个方面；单位功率运行、无畸变、开关频率小、电流快速调节、减小体积、增强电压利用率等。实践表明，开关的频率越小，开关管的损耗就越低，整流器的使用年限则可相应延长。而电压的利用效率越高，调制波的控制范围就越大。 1.2.1 电流控制

在开关电源中，PWM整流控制的主要对象为电流和电压，其中的电流为输入电流，电压则为输出电压。而电流控制则是PWM整流控制的核心，系统性能的优劣在很大程度上与电流的控制效果有关。为实现这一目标，电流控制器应当具备稳态的特性，并且能够对瞬态进行快速响应，这是因为当负载有扰动产生时，控制器的响应速度若是过慢，可能会造成直流侧电压不可控，此时便需要控制器具备快速响应能力。按照被控制量可将控制方式分为两种，一种是间接控制，另一种是直接控制。 ①间接电流控制。该控制方式又被称之为幅相电流控制，它以工频稳态作为控制条件，利用对整流器输入端电压的控制，来使电压保持在一定的幅值及相位，由此可对网侧电流的波形进行控制，并使之保持为正弦。通过实际应用后发现，间接控制

的动态响应速度相对较慢，致使电流存在直流偏置的情况。所以间接控制适用于对动态响应要求较低的场合。

②直接电流控制。该控制方式可对网侧电流进行直接控制，它的控制原理是对给定的电流信号进行跟踪，再以运算的方法对电流的指令值进行求取，加入反馈后，对指令电流值进行跟踪。为达到跟踪指令电流变化的目的，可采用PWM对电流进行控制。 1.2.2 控制策略

①预测电流控制策略。在PWM整流控制的过程中，电流的采样有一个相对比较固定的周期，由此导致电流控制存在滞后的现象，这样一来会影响到跟踪控制的动态性能。通常情况下，电流控制的最小延时为一个PWM开关周期。因此，预测电流控制策略的大体思路是以瞬态电流控制模型作为基础，增强稳态及瞬态响应速度，以此来提高控制效果。

②滞环控制策略。通过对这种控制策略的应用，能够使电流的响应速度进一步加快，利用电流内环对电压外环控制对象的改造，可促使其动态性能更加完善。在开关频率按照某种特定的规律变化时，可使电流的跟踪性能获得显著改善，其偏差可始终保持在定值内。在该控制策略中，由于采用滞环取代电流调节器，所以当电流的偏差超出滞环控制的范围时，主电路的开关管便会自动切换，从而迫使电流偏差逐步减小，进而达到控制的作用。该控制策略的稳定性较高，并且响应速度也比较快。 1.3 PWM调制

PWM可以将参考波作为调制波，并以超过其数倍的调制波频率的三角波作为载波，获得一组幅值相等的等效调制波，由此可对开关电源中的开关管进行导通及切断控制，在此基础上，可实现对输出电压及频率进行调节的目的。在单极性调制的前提条件下，若是正弦波的幅值比三角波的幅值大，则可使比较器的输出电平为正，反之则输出电平为负。因此，PWM信号电平有正负两种。由于三角波在调制波周期

内仅会出现一种极性变化，在变化过程中产生的PWM波也只存在一种控制方式，即单极性调制。而双极性调制则是通过具有正负交变双极性的三角波与正弦调制波进行比较，如果后者的幅值超过前者，比较器则会输出正电平，反之，比较器输出的电平为负。 2 结束语

综上所述，开关电源在军工设备、工控设备、电力设备及通讯设备中得到广泛应用，为使开关电源的作用获得最大限度地发挥，必须采取科学合理的控制方式，对开关电源的运行过程进行控制。文中在简要分析开关电源控制特点的基础上，对开关电源PWM整流控制技术进行论述，通过PWM控制，可以使开关电源保持可靠运行。未来一段时期，应当加大对开关电源控制技术的研究力度，除对现有的控制技术进行改进和完善之外，还应开发一些新的技术，以此来满足开关电源的控制要求。 参考文献

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