固緯電子電力電子教學小課堂 | 第二十二講: PEK-120模塊之平均電流降壓電路

PTS-系列之PEK-100系列教學
PEK-120模塊之平均電流降壓電路

寫在前面的話

經過前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓撲結構的學習，我們已經掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開始，在固有電路拓撲基礎上開始對電路的控制方式進行學習。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電結合探究最大功率點追蹤技術的學習。

PEK-120
降壓式轉換器模組

簡 述：

降壓變換器的電流控制框架如圖所示，采用的雙回路控制，外環為電壓回路，用以調整電壓誤差以及產生電流誤差及產生電流內回路的電流命令，電流回路命令與電感電流的誤差再經PWM產生開關管的驅動信號。電流模式控制方法主要包括：峰值電流控制、波谷電流控制、固定導通時間控制、固定截止時間控制、磁滯電流控制、平均電流控制等方法，本實驗主要針對平均電流控制。

平均電流控制原理：

平均電流控制的方塊圖如下，其由外電路電壓誤差放大器作電壓調整器產生電感電流命令信號，再利用電感電流與電流信號的誤差經過一個電流誤差放大器產生PWM所需的控制電壓，最后由控制電壓與三角波比較生成開關管的驅動信號。

電流環設計：

根據狀態平均法：

忽略輸入電壓與輸出電壓的擾動：

考慮到電感電流的感測衰減與PWM的增益可知：

針對一階系統，電流誤差放大器可以采用二類誤差放大器來設計，由于PWM的控制電壓一個周期內僅能與其三角波信號交匯一次，因此電流回路的最大頻寬受到控制信號的上升斜率小于鋸齒波上升斜率的限制，由上述限制可知：

重新整理可知：

故：

重新整理：

如果根據控制電壓的上升斜率限制來設計，理論上的最高電流回路頻寬有可能高于或者接近開關頻率，因此不可能以此值來設計，一般選擇電流環頻寬為開關管謝歡頻率的四分之一到八分之一。因此，根據電流環頻寬可以確定電流環的誤差放大器參數。

電壓回路增益誤差放大器設計：

一般電壓回路的響應速度低于電流環的響應速度，因此在設計電壓環的時候可以將電流環看作是理想狀態，即：

基于此假設，平均電流控制的電壓回路等效電路可以簡化如下圖所示：

根據上式可以寫出電壓回路的控制方塊圖如下：

電壓的誤差放大器可以采用二型誤差放大器來設計，電壓回路的頻寬一般為電流環的三分之一到五分之一。

本實驗平均電流控制的降壓變換器的規格如下：

本次采用matlab進行設計,其源代碼如下：

仿真結果如下：

實驗驗證：

總　結：

平均電流控制方式相比較于單電壓控制具有更快的響應速度與更好的抗干擾能力，是電力電子控制理論中雙環控制的典型應用。固緯電子在點力電子教學方向致力于為老師減少壓力，緩解學生的學習壓力，因此開創了全新的理論與實踐相結合的教學模式，還請各位老師同學進行了解轉發。

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

仿真效果圖：