基于Matlab的移相零电压PWM变换器的电压模式控制仿真研究

摘要：采用电压模式控制是移相控制零电压开关PWM变换器（PS-ZVS-PWM变换器）实现稳压源控制的模式之一。对该控制模式进行了分析研究，并提出克服电压型控制模式主要缺点的方法。

关键词：PS-ZVS-PWM变换器 电压型控制 分析研究

0 引言

利用单环反馈的设计和分析比较容易，电压模式控制就是以输出电压作为反馈信号构成的单闭环电压型控制系统。电压模式控制具有单一反馈电压环设计、调试比较容易；占空比调节不受限制；对输出负载的变化有较好响应调节等优点。下面以PS-ZVS-PWM变换器为例来分析研究其电压模式控制。

1 电压模式控制

移相控制零电压开关PWM变换器利用变压器的漏感和功率管的寄生电容来实现零电压开关，是中大功率直-直变换场合理想的方式之一。PS-ZVS-PWM变换器实现的稳压源的控制模式有电压模式控制和电流模式控制，下面采用电压模式控制进行分析。

电压模式控制是指以输出电压作为反馈信号构成单闭环电压型控制系统，其结构框图如图1所示：

■

图1 电压模式控制结构框图

这里KPWM=■=1，RP=■=124.4444e-3

将各参数代入得控制对象的传递函数为：

Gvd（S）=■（1）

是一个二阶系统，它的控制器按BODE图设计[1，2]。

未调整前系统的开环BODE图如下图2：

电压控制器用PID控制器[3，4]，采用PID校正，相当于在S平面原点增加了一个极点，同时使中频段以-20dB/sec穿越0dB线，高频段以-40dB/sec衰减。PID控制器的形式整定为：

GAVR（S）=■ （2）

整定后系统开环传递函数的BODE图如图3所示，其开环截止频率为4.03e3rad/sec，相角裕量为55.9deg；幅值裕量为inf。开环截止频率远小于PWM调制频率20kHz，满足要求[5]。

2 电压模式控制的优缺点分析

电压模式控制的优势：在采用低阻抗功率输出时，对多输出电源具有较好的交互调节性能；单环反馈的设计和分析比较容易；锯齿波振幅较大，可使稳定的调制过程具有较好的噪声余裕。

电压模式控制的劣势：环路增益随输入电压变化，因此会使补偿变得更加复杂化；任何输出负载或输出电压的变化必将首先转化为输出电压的变化，之后再经反馈环采样反馈控制调节，也就是说动态响应速度较慢；由于输出滤波器对控制环增加了两个极点，所以就需要增加一个零点补偿。随着电力电子和集成电路技术的发展，电压型控制模式的一些主要问题可通过采用高性能的集成控制器来解决。例如，电压前馈技术可以解决由输入电压变化带来的问题[6]。

3 结论

电压模式控制有其优点，又有其缺点。优先考虑使用电压型控制模式的情况有：在需要避免斜坡补偿和双环控制的场合；要求能较好地进行交互调节且具有多输出电压；要求电流上升率太低，轻载负载电流太小且不能实现稳定的脉宽调节；要求输出负载有可能变化且输入电压范围较宽；在大功率且干扰大的场合，电流波形中的噪声不好处理。根据具体的需要来选择控制类型，可设计出品质优良的开关电源。

参考文献：

[1]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2008（1）：220-

227，（2）：16-130.

[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2008，35-40.

[3]毛鸿，吴兆麟，沈琦.高精度开关稳压电源的系统分析与设计[J].电力电子技术，1999，第2期：1-4.

[4]许会军.数字控制DC_DC变换器的研究[D].天津大学，2006.

[5]Hamill D C.Generalized small-signal Dynamical Modeling of Multi-port DC-DC Converters[C].Power Electronics Specialists Conference，1997.PESC'97 Record.28th Annual IEEE，22-27 Jun 1997，VOL.1：421-427.

[6]王创社，乐开端，谭玉山，杜忠.开关电源两种控制模式的分析与比较[J].电力电子技术，第3期，78-81页，1998.

作者简介：郭健鹏（1984-），男，山西太原人，本科，助理实验师，研究方向：电力电子。