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电气 自动化年第卷 第期 变流技术 控制信号来 自于 图中的 号管脚 , 由和分压 得到 , 驱动输出信号送至图中的门极 。 电流采样调理电路设计 常用 的电流采样电路是将取样电阻直接串接在电路的 接地端 , 然后使用单端放大电路进行调理 , 但由于开关电源的开关 噪声比较大 , 地电平中含有较多的噪声干扰 , 所以本设计是将取样 电阻见图中串接在正输 出母线段 , 然后采用差动放大 电路对采样信号进行放大 , 从而有效避免了接地噪声的影响 。 调 理电路如图所示 。 图中差分输人信号和 一 来自于图 中的采样电阻两端 。 为 、、 和 。 图是通过的参数扫描进行分析的 结果 。 图电流采样信号调理 电路 控制电路设计 本系统采用控制器进行调节 , 利用以中的误差放大器 、、 号脚 完成这一功能 , 放大器 、、 号脚 在本设计 中没有使用 , 所以将其反相输人端 巧号脚 接参考电压 , 同相输人端号脚接地 。 死区时间控制端号脚用来 实现软启动功能 。 输出控制端号脚 接地 , 由号脚和号脚 输出两路相同的信号 。 电路如图所示 。 干‘一 一一 一 ,一 一 一一一一日 图比例参数不 同时系统响应仿真波形 图中曲线 、、、 分别对应比例系数为 、、 和 。从 图中可以看出比例系数取时系统超调最大 , 但响应速度 最快 , 而比例系数取时系统虽然没有超调 , 但响应速度过慢 。 综 合稳定性和快速性两项指标 , 本系统中取比例系数为 。 其次是积分参数的选取 。系统中的积分系数一般不 宜取得太 大 , 否则会引起系统振荡 。在仿真过程 中 , 通过改变图 中的值 就可以改变 积分系数 。 在 下 面 的仿真 中 , 分别取 、、 和 , 对应 的积分系数分别为 、 、 和 。 图 为的仿真结果 。 十侧通 。田 润 剧剧 , “, 口七 下勺 曰曰 畜畜二 ”卜资 资 , , , , , , 一一一 以 空 二二二 口 口口口口口口口口口口 盆盆 , , 卜 已已已已已已 可 江江 获了了 夏 二 石石石 图控制电路 图中和构成锯齿波振荡电路 , 振荡频率为 。 、 和构成软启动电路 , 么 、 皿构成模拟调节器 。 电流源系统建模与仿真 本设计中使用的仿真工具是 , 这是目前电力电子设计 使用较多的一款仿真软件 , 不仅功能强大 , 而且使用方便 。 仿真库中的元器件模型大都是根据生产厂家给出的数据制作的 , 所以使用这些元器件建模的仿真结果更加接近实际 , 对于实际电 路的设计具有很大的帮助 。 在电流源闭环控制系统中 , 为保持负载电流恒定 , 且电流变化 时没有超调 , 同时希望系统有较好的抗扰动性能 , 我们采用调 节器来进行反馈控制 。 对于本系统而言 , 难点在于补偿环路的设 计 , 即参数的选择 。 而中的参数扫描功能可以帮助我们 化繁为简 , 迅速确定比较合理的元器件参数 。 首先确定比例参数 。在 开关调节系统中 , 一般不宜取得太 大 , 否则会引起系统超调 , 甚至振荡 , 在仿真过程中 , 设定分别 图积分参数不同时系统响应仿真波形 图中曲线 、、、 分别对应积分系数为 、、 和 。 从图中可 以看出积分系数取时系统超调最大 , 而 积分系数取时系统虽然没有超调但响应最慢 。 为了较好地平 衡系统的快速性和稳定性 , 本系统中取为 , 对应积分系 数为 。 确定参数之后 , 使用该参数对整个系统进行了仿真 , 系统启 动过程仿真结果如图所示 。可 以看出 , 系统刚上电时有一个电压过 冲 , 但很快趋于稳定 。此外, 当系统负载发生突变时 , 系统可能会变 得不稳定 , 所以此处我们对系统的负载变化也进行了仿真 , 结果如 图所示 。可以看出, 经短暂的过度过程之后系统很快进人新的稳定 状态 , 由此可见本系统对于负载变化具有较强的抗扰动能力 。 一 图系统启动过程输出电压仿真波形 变流技术 电气自动化年第卷 第期 一一一一一一一一一一叫 图负载由欧姆变到欧姆输出电压仿真波形 实际电流源系统测试 从的仿真结果来看 , 所设计的电流源系统不仅有较快 的跟踪能力和较好的稳态精度 , 而且在输人信号或者负载的大范 围变动下依然可以恢复正常工作 , 具有较强的抗扰动能力 。 下面 是对实际的系统进行测试的一些数据和波形 , 可以看出 , 实际系 统的确可以像仿真中那样稳定可靠地工作 , 且具有之前所述的各 项优良性能 。 图开关管输出端波形 表实测电流值及误差 设设定电流值 实测电流值误差 一 巧巧 一 一 一 一 一 一 图启动过程电压突变波形 表是实测的一组电流数据 , 可以看出 , 本电流源具有较高的 稳态精度 。 图为开关管输出的波形 , 说明所使用的 “ 图腾 柱 ”驱动电路效果很好。图 和分别为系统的启动波形和负载 变化时的波形 , 与之前的仿真结果进行比较可以看出两者具有较 好的一致性 , 证明仿真结果对实际系统具有较好的参考价值和指 导意义 。 此外 , 由于建模时忽略了一些实际系统中的寄生参数和 分布参数 , 所以实际系统中的一些振荡没有仿真出来 , 如图所 示 , 在负载突变时有一个短暂的振荡过程 。 结束语 本设计所制作的恒流开关电源系统在纺织 、 印刷等行业 的手 动张力控制器中得到广泛应用 , 取得了很好的控制效果 。 本文作者创新点使用软件对设计对象进行比较准确 的建模 , 为实际设计提供了有价值的参考 , 发现并避免了很多直 接调试电路的问题和麻烦 , 极大地加快了设计进度 。 参考文献 【 』著 , 王志强译开关电源设计 第二版汇 ‘ 北京 电子工业出版社 , 图负载由欧姆变到欧姆输出电压变化波形 【张卫平开关变换器的建模与控制【北京中国电力出版社 , 【贾新章 , 郝跃实用教程【西安西安电子科技大学 出版社 , 【 」 ,,, 作者简介」胡晓军 一 , 男 , 陕西省渭南市人 , 硕士研究生 , 主要研究方 向为新型电器设备控制及研究 。 张逸成 一 , 男 , 江苏省常州市人 , 教授 , 博士 生导师 , 从事 、 电磁 兼容等方面的研究 。 吴璐璐 一 , 男 , 安徽颖 上 , 博士 , 主要研究方 向为智能自动化理论与工程 。 姚勇涛 一 , 男 , 天津市人 , 高级工程师 , 硕士 生导师 , 从事电机与电器 、 控制与检测等方面的研究 。 歇
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