9.2 负反馈对网络传递函数的影响 我们已经知道了如何推导开关变换器的交流小信号传递函数.例如,buck变换器的等效电路模型可以表示为图9.3所示.这个等效电路包含三个独立输入:控制输入变量\(\hat{d}\),输入电压变量\(\hat{v}_{g}\),以及负载电流变量\(\hat{i}_{load}\).那么输出电压变量\(\hat{v}\)可以表示为上述三个变量的线性组合,也就是: \[\hat{v}(s)=G_{vd}(s)\hat{d}(s)+G_{vg}(s)\hat{v}_{g}…

9.6 环路增益的测量 测量原型反馈系统的环路增益是一个非常好的工程实践.这种实践的目的是验证系统是否被正确地建模.如果是的,那么已经应用了良好控制器设计的系统,其特性将满足相关瞬态过冲(相角裕度),干扰抑制,直流电压输出等方面的期望.不幸的是,总有一些原因导致实际系统与理论模型不同.可能会出现原始系统中无法解释的现象,并且严重影响系统的特性.可能存在噪声和电磁干扰(EMI),这会导致系统传递函数以意想不到的方式偏移. 因此,让我们来考虑图9.46所示反馈系统的环路增益\(T(s)\)的测量.我…

9.1 引言 在所有的开关变换器中,输出电压\(v(t)\)都是输入电压\(v_{g}(t)\),占空比\(d(t)\),负载电流\(i_{load}(t)\)和电路元件值的函数.在DC-DC变换器应用场合,尽管\(v_{g}(t)\)和\(i_{load}(t)\)可能会有扰动,并且电路元件值可能变化,但仍然希望获得一个恒定的输出电压\(v(t)=V\).这些扰动的来源可能有很多,一个典型的电路如图9.1所示.由off-line power supply(译者:离线电源供电,有说法解释为整流和…

9.5 控制器设计 现在让我们来考虑如何设计控制器系统,来满足有关抑制扰动,瞬态响应以及稳定性的规范或者说设计目标.典型的直流控制器设计可以用以下规范定义: 1.负载电流变化对输出电压调节的影响.当负载电流在规定方式变化时,输出电压必须保持在指定范围内.这就相当于对式(9.6)的闭环输出阻抗的最大幅值进行了限制.这里重复给出: \[\cfrac{\hat{v}(s)}{-\hat{i}_{load}(s)}|_{\hat{v}_{g}=0,\hat{v}_{ref}=0}=\cfrac{Z_{o…

1.1 功率处理概论 电力电子领域关注的是利用电子设备对电力进行处理[1–7].如图1.1所示,其中关键部件就是开关变换器.通常,开关变换器包含电源输入和控制输入端口以及电源输出端口.原始输入功率按控制输入指定的方式进行处理,产生相应的条件输出功率.其可以执行以下几个基本功能之一[2].在DC-DC变换器中,直流输入电压被转换为具有更大或更小幅值的直流输出电压,也可能具有相反的极性,或者具有输入和输出参考地的隔离.在AC-DC整流器中,交流输入电压被整流,产生直流输出电压.可以控制直流输出电压和…

7.3 脉冲宽度调制器建模 我们现在已经达成了本章开始的目标,为图7.1推导了一个有效的等效电路模型.但仍存在一个细节,对脉冲宽度调制(PWM)环节进行建模.如图7.1所示的脉冲宽度调制器可以产生一个能够控制功率晶体管开关或导通的逻辑信号\(\delta(t)\).该逻辑信号\(\delta(t)\)是周期性的,且其频率为\(f_{s}\),占空比为\(d(t)\).脉冲宽度调制器的输入是一个模拟控制信号\(v_{c}(t)\).脉冲宽度调制器的功能为产生一个正比于模拟控制电压\(v_{c}(t…

8.0 序 工程设计过程主要包括以下几个过程: 1.定义规格与其他设计目标 2.提出一个电路.这是一个创造性的过程,需要利用工程师的实际见识和经验. 3.对电路进行建模.变换器的功率级建模方法已经在第7章给出.系统各元件和其他部分通常使用供应商提供的数据进行建模. 4.对电路进行面向设计的分析.这就涉及到了方程的建立,这些方程可以通过选择不同的元素值从而满足设计规格和设计目标.此外,工程师有必要对电路特性有更多的了解和物理角度的见解,从而可以通过向电路中添加元件或更改电路的连接改进设计. 5.模…

9.4 稳定性 众所周知的是,增加反馈回路可能会导致原本稳定的系统变得不稳定.尽管原变换器传递函数(式(9.1))以及环路增益\(T(s)\)不包含右半平面极点,但式(9.4)的闭环传递函数仍然可能存在右半平面极点.那么之后,反馈回路将无法调节到所需的静态工作点,并且可能会观察到振荡出现.避免这种情况是非常重要的.即便反馈系统是稳定的,其瞬态响应也可能会出现不希望的振铃和过冲.本节讨论了系统稳定性的问题,并介绍了一种确保反馈系统稳定且特性较好的方法. 当反馈使得系统不稳定时,式(9.4)的分母项…

9.3 关键项\(1/(1+T)\)和\(T/(1+T)\)以及闭环传递函数的构建 从式(9.4)到(9.9)的传递函数可以很容易的由图形代数方法进行构建.假设我们已经分析了反馈系统模块,并且已经画出了\(||T(s)||\)的bode图.举一个具体的例子,假设结果为图9.5所示,其中\(T(s)\)为: \[T(s)=T_{0} \cfrac{(1+\cfrac{s}{\omega_{z}})}{(1+\cfrac{s}{Q\omega_{p1}}+(\cfrac{s}{\omega_{p1}…

1.2 电力电子技术的几个应用 高效开关变换器面临的功率范围从 (1)小于1瓦(电池供电的便携式设备内的DC-DC转换器)到(2)计算机及办公设备中的几十,几百,数千瓦到(3)变速电机驱动器中上千瓦及兆瓦以及(4)通过传输线接入交流电源的数千兆瓦的整流器和逆变器中.本节对几种变换器应用系统进行了介绍. 个人计算机的电源系统如图1.14所示.锂电池为系统供电,数DC-DC变换器将电池电压转换为负载所需的电压.降压转换器产生微处理器所需的低压直流电.升压转换器将电池电压增加到磁盘驱动器所需的电压水平…