固緯電子電力電子教學小課堂 | 第二十一講: PEK-120模塊之單電壓降壓電路

PTS-系列之PEK-100系列教學
PEK-120模塊之單電壓降壓電路

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：

采用電壓控制模式的降壓式變換器的電路框架如圖所示。其中輸出電壓經過一個增益模塊與低通濾波器后與參考輸出電壓進行比較，將誤差量經過一個誤差放大器后獲得開關管的控制電壓。開關管的控制電壓與定頻的周期三角波進行比較獲得開關管的PWM控制信號從而使得輸入電壓與輸出負載發生變化的時候輸出電壓能夠維持不變。

小信號模型：

采用PWM控制的降壓式轉換器可以利用狀態平均法來推導其小信號模型，作為其電壓回路誤差放大器的設計依據。

在CCM下，降壓式轉換器的開關管以及二極管的狀態平均電路如圖所示。

將輸入電流與輸出電壓利用狀態平均方程可知：

在工作點處增加一個小信號擾動可以求得此穩態工作點的小信號模型為：

根據上式，忽略其中兩個小信號量相乘的項，可以得到該電路的小信號方程式如下：

根據上兩式可以得到開關管及二極管的小信號模型等效電路圖：

在小信號等效電路圖中增加一個LC濾波器可得：

降壓式變換器在CCM工作模式下的小信號模型輸出電壓受到輸入電壓、負載電流以及開關管占空比的小信號擾動。為了獲得占空比到輸出電壓的傳遞函數可以令另外兩個影響量等于0,，因此電路圖可以簡化為如下所示：

根據上圖可以得到傳遞函數為：

其中，

同理，也可以獲得輸出阻抗的傳遞函數如下：

其等效電路圖如下：

輸入輸出傳遞函數如下：

其等效電路圖如下：

回路增益誤差放大器設計：

根據小信號模型可知，電壓控制模式的控制回路流程圖如下：

由上圖可知，電路閉環的增益為：

傳統的誤差放大器是根據上式進行設計的，其中T的bode圖如下：

基于小信號擾動建模的實際電路的電壓控制模式具體流程圖如下：

其中兩個濾波器的作用分別是用于代表電壓感測電路和電壓感測元件本身的頻寬。本次采用matlab進行設計。

仿真結果如下：

根據以上仿真結果與電路參數整理可得：

控制器參數：

實驗驗證：

總　結：

除了電壓環控制外，仿真電路還增加了定電流模式，當負載電流超過5A的時候電源將會進入CC模式限制負載電流最高工作在5A，由于此時負載電阻為3Ω，則輸出電壓為15V。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：