高頻感應(yīng)加熱電源斬波器補償電路的設(shè)計

0 引言
感應(yīng)加熱電源的調(diào)功方法有很多，在進一步提高功率和逆變器的工作頻率時，一般選擇在整流側(cè)調(diào)功。而斬波調(diào)功在直流電壓下工作，供電功率因數(shù)高，對電網(wǎng)的諧波干擾小，電路的工作頻率高，而且與逆變器控制分開，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，故適用于電壓型逆變器使用。
在斬波調(diào)功的感應(yīng)加熱電源中，逆變電源的功率控制主要是轉(zhuǎn)化為Buck斬波器的功率控制，即通過改變Buck斬波器的驅(qū)動脈沖來調(diào)節(jié)輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電源的輸出功率。但是Buck斬波器輸出電壓可能有偏差，環(huán)路設(shè)計就變成一項很重要的工作，它關(guān)系到電路的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、動態(tài)過沖等指標。本文在分析基于功率控制的Buck斬波器的小信號模型和反饋控制模式的基礎(chǔ)上，探討了反饋控制的傳遞函數(shù)和環(huán)路參數(shù)的設(shè)計。

1 基于功率控制的Buck變換器分析
如圖1所示，Buck變換器的功率控制包括3個部分，Buck斬波器、誤差放大器和PWM脈沖調(diào)節(jié)器，其中，Buck斬波器反映了電源本身的特性，通過建模的方法可以分析其輸入到輸出、控制到輸出的特性；誤差放大器和PWM脈沖調(diào)節(jié)器構(gòu)成反饋環(huán)節(jié)，誤差放大器實質(zhì)上是一個補償網(wǎng)絡(luò)，將給定信號與輸出信號的差值放大，通過PWM脈沖調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)占空比D(t)最終可以調(diào)節(jié)輸出電壓UO，使輸出穩(wěn)定在給定值上。
整個功率控制環(huán)的設(shè)計可以等價為對Buck斬波器控制器設(shè)計，因此必須首先建立控制對象――Buck斬波器的在電感電流連續(xù)(C CM)模式下的小信號模型。

圖2為設(shè)定Buck電路工作于電感電流連續(xù)狀態(tài)(C CM)，應(yīng)用三端PWM平均模型方法，并考慮電感電阻rL和電容RC(ESR)，見圖3。圖2中虛線框內(nèi)部分為三端PWM模型，由開關(guān)管VT、二極管VDF和續(xù)流二極管VD組成，其中，ia和ic分別代表ia(t)、ic(t)的平均變量，Uap和Ucp分別代表 Uap(t)、Ucp(t)平均變量，其中ia(t)和ic(t)為流入a端和流出c端的電流瞬時變量，Uap(t)和Ucp(t)為端口ap和cp的電壓瞬時變量，它們是時間的函數(shù)。將主開關(guān)管等效成受控電流源形式，二極管VDF等效成受控電壓源形式，由此可以得出如圖3中虛線所示的三端PWM7開關(guān)模型。

當不考慮電感內(nèi)阻(通常可省略)時，可以得到Buck變換器占空比到輸出的傳遞函數(shù)為：