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如何控制電源轉(zhuǎn)換器

發(fā)布時(shí)間:2023-08-15 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】功率轉(zhuǎn)換器控制在優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體性能方面起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂疲梢韵薅鹊靥岣唠娫崔D(zhuǎn)換器的效率,減少能量損失并延長(zhǎng)組件壽命。通過(guò)設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制算法,可以有效、優(yōu)化地管理電源轉(zhuǎn)換,同時(shí)保持電源轉(zhuǎn)換器輸出電壓和電流恒定。


功率轉(zhuǎn)換器控制在優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體性能方面起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂疲梢韵薅鹊靥岣唠娫崔D(zhuǎn)換器的效率,減少能量損失并延長(zhǎng)組件壽命。通過(guò)設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制算法,可以有效、優(yōu)化地管理電源轉(zhuǎn)換,同時(shí)保持電源轉(zhuǎn)換器輸出電壓和電流恒定。

功率轉(zhuǎn)換器控制的一個(gè)重要方面是適應(yīng)負(fù)載條件和電源特性動(dòng)態(tài)變化的能力。這使得電源轉(zhuǎn)換器能夠提供穩(wěn)定一致的輸出,無(wú)論電力需求或環(huán)境條件如何變化。此外,電源轉(zhuǎn)換器控制還可以包括許多功能,例如輸出波形調(diào)整、諧波失真補(bǔ)償和電能質(zhì)量管理。這些功能使其能夠適應(yīng)應(yīng)用的特定需求,并確??煽?、高質(zhì)量的電源。

功率轉(zhuǎn)換器控制領(lǐng)域的研究和發(fā)展不斷帶來(lái)新技術(shù)和更復(fù)雜的算法。先進(jìn)數(shù)字控制器的使用,與基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能控制算法相結(jié)合,正在為進(jìn)一步提高電力電子轉(zhuǎn)換器的性能開辟新的視角。脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)廣泛用于控制功率轉(zhuǎn)換器。這種控制方法涉及生成一個(gè)信號(hào),該信號(hào)設(shè)法打開和關(guān)閉功率轉(zhuǎn)換器的電子開關(guān),以在輸出端實(shí)現(xiàn)所需的電壓值。該切換功能(參見(jiàn)圖 1 中的示例)是通過(guò)比較兩個(gè)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的:調(diào)制信號(hào)和載波。這兩個(gè)信號(hào)可以總結(jié)如下:

調(diào)制量是包含有關(guān)所需輸出電壓的實(shí)際信息的信號(hào)。

載波是周期信號(hào),通常為三角波形狀,其開關(guān)頻率與功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率相對(duì)應(yīng)。

通過(guò)這兩個(gè)信號(hào)的相互作用,產(chǎn)生開關(guān)函數(shù)。作為演示,圖中描繪的系統(tǒng)由三種類型的生成器組成,一些是真實(shí)的,一些是經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理的:

(1) 是三角信號(hào),稱為“載波”。它是一種周期性且通常是固定頻率的信號(hào)。根據(jù)需要,其形式可能有所不同。

(2) 是閾值電壓,稱為“調(diào)制”(或參考電壓)。它決定輸出邏輯狀態(tài)的切換閾值電平。它可以由用戶選擇,也可以是任何波形,例如作為逆變器運(yùn)行時(shí)的正弦波。

(3) 是開關(guān)電壓,是前兩個(gè)信號(hào)相交和比較的結(jié)果。稱為二元切換函數(shù)。通常,如果調(diào)制量大于載波,則其值為 1。反之,其值為 0。可以通過(guò)硬件(具有快速比較電路)或通過(guò)固件(通過(guò)使用功能強(qiáng)大的微控制器。

切換功能使用兩種類型的信號(hào)。


如何控制電源轉(zhuǎn)換器
 圖 1:切換功能使用兩種類型的信號(hào)。


開關(guān)函數(shù)的結(jié)果直接發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)開關(guān)函數(shù)的1和0的順序來(lái)管理功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)的接通和關(guān)斷。因此,可以看出,結(jié)果是由于存在兩個(gè)不同且易于控制的信號(hào)而產(chǎn)生的真實(shí) PWM 信號(hào)。PWM 的基本原理是根據(jù)所需的參考電壓按比例改變開關(guān)信號(hào)的脈沖寬度。這樣可以控制功率轉(zhuǎn)換器的有效輸出值,確保功率信號(hào)的適當(dāng)調(diào)節(jié)和高質(zhì)量。如上所述實(shí)現(xiàn)的 PWM 的使用提供了許多優(yōu)點(diǎn),包括高能效、改進(jìn)的輸出信號(hào)質(zhì)量、控制輸出功率的能力以及降低的功率損耗。在剛剛看到的例子中,

教程:如何控制電源轉(zhuǎn)換器


如何控制電源轉(zhuǎn)換器
 圖 2:開關(guān)信號(hào)的占空比線性地跟隨調(diào)制信號(hào)的電平。


在逆變器設(shè)計(jì)中,技術(shù)用于生成純正弦波。圖 3 顯示了載波信號(hào)、調(diào)制信號(hào)以及前兩者的比較結(jié)果。值得注意的是,輸出信號(hào)將不可避免地受到載波和調(diào)制信號(hào)諧波的影響。為了減少 EMI 影響,有必要設(shè)計(jì)濾波器來(lái)盡可能消除或減少此類不良因素。

正弦波調(diào)制廣泛應(yīng)用于逆變器設(shè)計(jì)中。


如何控制電源轉(zhuǎn)換器
圖 3:正弦波調(diào)制廣泛應(yīng)用于逆變器設(shè)計(jì)。


結(jié)論

帶有載波和調(diào)制信號(hào)的 PWM 信號(hào)的生成是控制功率轉(zhuǎn)換器的基本技術(shù)。開關(guān)函數(shù)的產(chǎn)生能夠調(diào)節(jié)輸出電壓,從而為電子轉(zhuǎn)換器提供準(zhǔn)確、高效的控制。了解該技術(shù)的基本原理和應(yīng)用對(duì)于工程師和電力至關(guān)重要,有助于開發(fā)用于控制和優(yōu)化電力轉(zhuǎn)換的創(chuàng)新解決方案。


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