电流型控制技术

1、16.5 电流型控制技术电流型控制技术 n电流型控制技术是一种性能优良的控制技术。美电流型控制技术是一种性能优良的控制技术。美国国BOSE公司公司Thomas AFroeschle于于1967年年首次提出了电流控制两态调制技术首次提出了电流控制两态调制技术(滞环电流型控滞环电流型控制技术制技术)，但当时并未公诸于世。，但当时并未公诸于世。n直到直到1984年申请并获得了美国发明专利后才得到年申请并获得了美国发明专利后才得到了很大发展和广泛应用。了很大发展和广泛应用。n电流型控制技术包括瞬时值电流型控制技术和平电流型控制技术包括瞬时值电流型控制技术和平均值电流型控制技术。均值电流型控制技术。 2

2、瞬时值电流型控制技术瞬时值电流型控制技术n瞬时值电流型控制技术包括恒定截止时间、恒瞬时值电流型控制技术包括恒定截止时间、恒定导通时间、恒定开通时刻、恒定关断时刻和定导通时间、恒定开通时刻、恒定关断时刻和恒定迟滞环宽等五种。恒定迟滞环宽等五种。n这类电流型控制技术是检测并将电感电流或功这类电流型控制技术是检测并将电感电流或功率开关电流作为电流内环的反馈信号与电压外率开关电流作为电流内环的反馈信号与电压外环的输出信号环的输出信号(电流给定电流给定)经比较器比较后，去经比较器比较后，去控制功率开关的占空比，使功率开关的峰值或控制功率开关的占空比，使功率开关的峰值或谷值电流直接跟随电压反馈回路中误差放

3、大器谷值电流直接跟随电压反馈回路中误差放大器输出信号的变化的。输出信号的变化的。 36.5.1恒定截止时间峰值电流控制技术恒定截止时间峰值电流控制技术 n恒定截止时间峰值电流控制原理如图所示恒定截止时间峰值电流控制原理如图所示 电感电流的反馈信号电感电流的反馈信号iLf与电压误差放大器输出的电流给定信号与电压误差放大器输出的电流给定信号ir(ue)比较，当比较，当iLf上升到上升到ir时，功率开关就关断，时，功率开关就关断， iLf下降。功率下降。功率开关的截止时间，并不是由电感电流的下降量开关的截止时间，并不是由电感电流的下降量iLf决定的，而决定的，而是由单稳态触发器设置的恒定低电平时间决

4、定的。是由单稳态触发器设置的恒定低电平时间决定的。在每个开关周期内，功率开关的截止时间恒定，导通时间和在每个开关周期内，功率开关的截止时间恒定，导通时间和开关周期开关周期(开关频率开关频率)均变化。均变化。 46.5.2恒定导通时间谷值电流控制技术恒定导通时间谷值电流控制技术 n恒定导通时间谷值电流控制原理如图所示。恒定导通时间谷值电流控制原理如图所示。 电感电流的反馈信号电感电流的反馈信号iLf与电压误差放大器输出的电流给定信号与电压误差放大器输出的电流给定信号ir(ue)比较，比较，当当iLf下降到下降到ir时，功率开关就开通，时，功率开关就开通， iLf上升。功率开关的导通时间，并不是上

5、升。功率开关的导通时间，并不是由电感电流的上升量由电感电流的上升量iLf决定的，而是由单稳态触发器设置的恒定高电平时决定的，而是由单稳态触发器设置的恒定高电平时间决定的。间决定的。在每个开关周期内，功率开关的导通时间恒定，截止时间和开关周期在每个开关周期内，功率开关的导通时间恒定，截止时间和开关周期(开关开关频率频率)均变化。均变化。 56.5.3恒定开通时刻峰值恒定开通时刻峰值电流控制技术电流控制技术n恒定开通时刻峰值电流控制原理如图所示。恒定开通时刻峰值电流控制原理如图所示。n当恒频时钟信号到来时，当恒频时钟信号到来时，RS触发器置触发器置n位，功率开关开通，电感电流或功率开关位，功率开关

6、开通，电感电流或功率开关电流电流iLf开始上升；开始上升；n当当iLf及其电流补偿信号及其电流补偿信号ic之和上升到电压误之和上升到电压误差放大器输出的电流给定信号差放大器输出的电流给定信号ir时，时，RS触触发器复位，功率开关就关断，发器复位，功率开关就关断，fLf开始下降。开始下降。n功率开关的开通时刻并不是由电感电流的功率开关的开通时刻并不是由电感电流的下降量下降量 iLf 决定的，而是由决定的，而是由RS触发器的触发器的恒定置位时刻，即恒频时钟信号的到来时恒定置位时刻，即恒频时钟信号的到来时刻决定的。刻决定的。n在每个开关周期内，功率开关的导通时间在每个开关周期内，功率开关的导通时间和

7、截止时间均变化，而开关频率恒定。和截止时间均变化，而开关频率恒定。 66.5.4恒定关断时刻谷恒定关断时刻谷值电流控制技术值电流控制技术n恒定关断时刻谷值电流控制原理如图所示。恒定关断时刻谷值电流控制原理如图所示。n当恒频时钟信号到来时，当恒频时钟信号到来时，RS触发器复位，触发器复位，功率开关关断，电感电流或功率开关电流功率开关关断，电感电流或功率开关电流iLf开始下降；开始下降；n当当iLf 及其电流补偿信号及其电流补偿信号ic之和下降到电压误之和下降到电压误差放大器输出的电流给定信号差放大器输出的电流给定信号ir时，时，RS触发触发器置位，功率开关就开通，器置位，功率开关就开通， iLf

8、 开始上升。开始上升。n功率开关的关断时刻并不是由电感电流的上功率开关的关断时刻并不是由电感电流的上升量升量iLf 决定的，而是由决定的，而是由RS触发器的恒定触发器的恒定复位时刻，即恒频时钟信号的到来时刻决定复位时刻，即恒频时钟信号的到来时刻决定的。的。n在每个开关周期内，功率开关的截止时间和在每个开关周期内，功率开关的截止时间和导通时间均变化，而开关频率恒定。导通时间均变化，而开关频率恒定。 76.5.5恒定迟滞环宽峰恒定迟滞环宽峰/谷值电流控制技术谷值电流控制技术 n电感电流或功率开关电流的反馈信号电感电流或功率开关电流的反馈信号iLf与电压误差放大器输出的电流给与电压误差放大器输出的电

9、流给定信号定信号ic经迟滞比较器比较，当误差电流经迟滞比较器比较，当误差电流ie=ir-iLfh2时，功率开关就关断，时，功率开关就关断，iLf下降；当误差电流下降；当误差电流ie=ir-iLfh1时，功率开关就开通。时，功率开关就开通。n功率开关的截止时间或开通时刻，不是由单稳态触发器设置的恒定低电功率开关的截止时间或开通时刻，不是由单稳态触发器设置的恒定低电平时间或恒频时钟脉冲的到来时刻决定的，而是由迟滞比较器设置的恒平时间或恒频时钟脉冲的到来时刻决定的，而是由迟滞比较器设置的恒定迟滞环宽定迟滞环宽(h1-h2)决定的。决定的。n这种电流型控制技术设置这种电流型控制技术设置,也称为电流控制

10、两态调制技术。也称为电流控制两态调制技术。 81.两态调制技术两态调制技术 n两态调制就是调制电路的输出只有高电平和低电两态调制就是调制电路的输出只有高电平和低电平两个状态，两态调制系统是将调制电路本身的平两个状态，两态调制系统是将调制电路本身的输出脉冲经由反馈网络产生的谐波函数作为载波。输出脉冲经由反馈网络产生的谐波函数作为载波。基本的两态调制系统如图所示。基本的两态调制系统如图所示。 9两态调制与正弦脉宽调制原理的比较 a)两态调制两态调制 b)正弦脉宽调制正弦脉宽调制10具有输出电压反馈的两态调制系统具有输出电压反馈的两态调制系统 n如果采用反馈网络为固定电阻的迟滞比较器，则迟滞比如果采

11、用反馈网络为固定电阻的迟滞比较器，则迟滞比较器的滞环宽度是固定的，而开关频率在变化；较器的滞环宽度是固定的，而开关频率在变化；n如果采用反馈网络不是固定电阻的迟滞比较器，即采用如果采用反馈网络不是固定电阻的迟滞比较器，即采用一恒定频率的时钟信号及鉴相电路来控制迟滞比较器的一恒定频率的时钟信号及鉴相电路来控制迟滞比较器的反馈量大小，改变其滞环宽度，从而保持开关频率恒定反馈量大小，改变其滞环宽度，从而保持开关频率恒定 该系统是一个非线性该系统是一个非线性控制系统，具有良好控制系统，具有良好的性能。的性能。改变迟滞比较器的滞改变迟滞比较器的滞环宽度不但能调节并环宽度不但能调节并稳定调制频率，还能稳定

12、调制频率，还能提高系统的静、动态提高系统的静、动态性能。性能。112电流控制两态调制系统 126.5.6峰谷值电流型控制技术的特点峰谷值电流型控制技术的特点 1优点优点n(1)电流内环是一个高度稳定的自激振荡系统，对整个系统来说，电流内环是一个高度稳定的自激振荡系统，对整个系统来说，具有高度的稳定性；具有高度的稳定性；n(2)当输入电压或负载变化导致输出电压变化时，都将引起电感当输入电压或负载变化导致输出电压变化时，都将引起电感电流变化率的改变，从而使占空比发生变化，起到了电压前馈电流变化率的改变，从而使占空比发生变化，起到了电压前馈控制的作用，具有快速的动态响应；控制的作用，具有快速的动态响

13、应；n(3)由于系统具有高度的稳定性和快速的动态响应，反馈环路的由于系统具有高度的稳定性和快速的动态响应，反馈环路的增益可以设计得很大，从而使输出电压具有很高的静态精度；增益可以设计得很大，从而使输出电压具有很高的静态精度；n(4)具有内在的对功率开关的电流控制及限流能力，过载及短路具有内在的对功率开关的电流控制及限流能力，过载及短路能力强；能力强；n(5)并联的各个逆变器共用一个电压误差放大器时，可自动均流；并联的各个逆变器共用一个电压误差放大器时，可自动均流；(6)强的参数鲁棒性和对各种电路的广泛适应性。强的参数鲁棒性和对各种电路的广泛适应性。132缺点缺点 n(1)双环控制增加了电路分析

14、和设计的难度；双环控制增加了电路分析和设计的难度；n(2)占空比大于占空比大于05时，由于电流上升率不够时，由于电流上升率不够大，在没有斜坡补偿时，控制环路变得不稳定，大，在没有斜坡补偿时，控制环路变得不稳定，抗干扰性能差，因此需要斜坡补偿；抗干扰性能差，因此需要斜坡补偿；n(3)由于控制信号来自输出电流，功率电路的由于控制信号来自输出电流，功率电路的谐振会给控制环带来噪声，噪声免疫能力差；谐振会给控制环带来噪声，噪声免疫能力差；n(4)存在较大的电感电流峰值平均值误差；存在较大的电感电流峰值平均值误差；n(5)因控制环控制电流，负载调整率变差，变因控制环控制电流，负载调整率变差，变换器多路输

15、出时需要耦合电感实现交叉调节。换器多路输出时需要耦合电感实现交叉调节。 146.5.7平均值电流型控制技术平均值电流型控制技术 平均值电流型控制系统框图与原理波形如图示平均值电流型控制系统框图与原理波形如图示 n将电感电流检测电阻将电感电流检测电阻R。上的电压作为电流内环的反馈信号。上的电压作为电流内环的反馈信号与电压外环的输出信号与电压外环的输出信号(电流给定电流给定)比较，经电流误差放大器比较，经电流误差放大器放大后，并在放大后，并在PWM比较器的输入端与振荡器产生的幅值较比较器的输入端与振荡器产生的幅值较大的锯齿波进行比较，去控制功率开关的占空比。大的锯齿波进行比较，去控制功率开关的占空比。 15平均值电流型控制技术的特点：平均值电流型控制技术的