固緯電子電力電子教學(xué)小課堂 | 第二十一講: PEK-120模塊之單電壓降壓電路

PTS-系列之PEK-100系列教學(xué)
PEK-120模塊之單電壓降壓電路

寫(xiě)在前面的話(huà)

經(jīng)過(guò)前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓撲結構的學(xué)習，我們已經(jīng)掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開(kāi)始，在固有電路拓撲基礎上開(kāi)始對電路的控制方式進(jìn)行學(xué)習。本期將針對直流變換器PEK-120的控制方式以及與新能源中光伏發(fā)電結合探究最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)的學(xué)習。

PEK-120

降壓式轉換器模組

簡(jiǎn) 述：

采用電壓控制模式的降壓式變換器的電路框架如圖所示。其中輸出電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)增益模塊與低通濾波器后與參考輸出電壓進(jìn)行比較，將誤差量經(jīng)過(guò)一個(gè)誤差放大器后獲得開(kāi)關(guān)管的控制電壓。開(kāi)關(guān)管的控制電壓與定頻的周期三角波進(jìn)行比較獲得開(kāi)關(guān)管的PWM控制信號從而使得輸入電壓與輸出負載發(fā)生變化的時(shí)候輸出電壓能夠維持不變。

小信號模型：

采用PWM控制的降壓式轉換器可以利用狀態(tài)平均法來(lái)推導其小信號模型，作為其電壓回路誤差放大器的設計依據。

在CCM下，降壓式轉換器的開(kāi)關(guān)管以及二極管的狀態(tài)平均電路如圖所示。

將輸入電流與輸出電壓利用狀態(tài)平均方程可知：

在工作點(diǎn)處增加一個(gè)小信號擾動(dòng)可以求得此穩態(tài)工作點(diǎn)的小信號模型為：

根據上式，忽略其中兩個(gè)小信號量相乘的項，可以得到該電路的小信號方程式如下：

根據上兩式可以得到開(kāi)關(guān)管及二極管的小信號模型等效電路圖：

在小信號等效電路圖中增加一個(gè)LC濾波器可得：

降壓式變換器在CCM工作模式下的小信號模型輸出電壓受到輸入電壓、負載電流以及開(kāi)關(guān)管占空比的小信號擾動(dòng)。為了獲得占空比到輸出電壓的傳遞函數可以令另外兩個(gè)影響量等于0,，因此電路圖可以簡(jiǎn)化為如下所示：

根據上圖可以得到傳遞函數為：

其中，

同理，也可以獲得輸出阻抗的傳遞函數如下：

其等效電路圖如下：

輸入輸出傳遞函數如下：

其等效電路圖如下：

回路增益誤差放大器設計：

根據小信號模型可知，電壓控制模式的控制回路流程圖如下：

由上圖可知，電路閉環(huán)的增益為：

傳統的誤差放大器是根據上式進(jìn)行設計的，其中T的bode圖如下：

基于小信號擾動(dòng)建模的實(shí)際電路的電壓控制模式具體流程圖如下：

其中兩個(gè)濾波器的作用分別是用于代表電壓感測電路和電壓感測元件本身的頻寬。本次采用matlab進(jìn)行設計。

仿真結果如下：

根據以上仿真結果與電路參數整理可得：

控制器參數：

實(shí)驗驗證：

總　結：

除了電壓環(huán)控制外，仿真電路還增加了定電流模式，當負載電流超過(guò)5A的時(shí)候電源將會(huì )進(jìn)入CC模式限制負載電流最高工作在5A，由于此時(shí)負載電阻為3Ω，則輸出電壓為15V。固緯電子在點(diǎn)力電子教學(xué)方向致力于為老師減少壓力，緩解學(xué)生的學(xué)習壓力，因此開(kāi)創(chuàng )了全新的理論與實(shí)踐相結合的教學(xué)模式，還請各位老師同學(xué)進(jìn)行了解轉發(fā)。

附：為了提供學(xué)生更加豐富的學(xué)習資料，本次我們提供了matlab的仿真文件，感興趣的可以點(diǎn)贊轉發(fā)，在文章下面留言以及聯(lián)系方式或郵箱可以免費提供仿真文件。

仿真效果圖：