一種新的準(zhǔn)固定頻率滯環(huán)PWM電流控制方法

圖7階躍函數(shù)的滑動周期平均

圖8準(zhǔn)固定頻率滯環(huán)PWM電流控制系統(tǒng)

平均定義為

x(t)=x(τ)dτ

式中：T為滑動平均周期。滑動周期平均的特點(diǎn)是將x(t)信號中頻率為1/T及其整數(shù)倍的交流成份完全濾除，對頻率不等于1/T及其整數(shù)倍的交流成份表現(xiàn)出平滑作用，而直流成份被全部保留。對電感電流進(jìn)行滑動周期平均可以完全濾除其開關(guān)頻率的波動，使其平均值呈現(xiàn)出來。

圖6中iL是電感電流iL的滑動周期平均值，從中可以歸納出以下幾點(diǎn)：

1)電感電流iL對電流給定階躍信號的響應(yīng)不是逐漸趨近的，而是在不到1周期的時間內(nèi)就能達(dá)到跟蹤誤差為0的效果。

2)過渡過程沒有振蕩。

3)電感電流iL對電流給定階躍信號的響應(yīng)有一定的延遲τd，該延遲時間取決于階躍信號與電感電流間的相位，如圖6中，給定階躍信號出現(xiàn)于陰影部分對應(yīng)的任意時刻，電感電流的響應(yīng)都是一樣的，而對應(yīng)的延遲時間τd則不同。有0≤τd≤DT，而0≤D≤1，所以在最惡劣的情況下，延遲時間τd小于T。而從圖7中可以看出，曲線的滑動周期平均與圖6中電感電流的滑動周期平均相同，因此，可以認(rèn)為代表了電感電流的對階躍輸入的響應(yīng)。比較iR和有：=

從以上分析可以得知，滯環(huán)電流控制具有非常好的穩(wěn)定性和動態(tài)性能，在任何情況下，均不存在次諧波振蕩的可能，并且能夠在1周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)對階躍給定在平均意義上的無差跟蹤，是一種性能優(yōu)越的控制方式。

然而滯環(huán)電流模式控制的一個顯著缺點(diǎn)是其開關(guān)頻率不固定，當(dāng)輸入和輸出電壓變化時，M1和M2也發(fā)生變化，開關(guān)頻率也隨之變化，這給濾波電路的設(shè)計造成較大困難。通過對滯環(huán)電流控制方法的仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，改變滯環(huán)寬度h，就可以改變開關(guān)周期T，從而改變開關(guān)頻率。因此可以引入開關(guān)頻率的反饋，通過控制使開關(guān)頻率基本固定，從而解決濾波電路的設(shè)計問題。含有開關(guān)頻率控制環(huán)的準(zhǔn)固定頻率滯環(huán)電流控制系統(tǒng)如圖8所示。

滯環(huán)電流控制環(huán)節(jié)是2輸入、2輸出的非線性環(huán)節(jié)，必須建立其數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行合理的線性化，才能利用傳統(tǒng)的頻域法對其穩(wěn)定性和動態(tài)特性進(jìn)行分析。

根據(jù)式（6）、式（7）則有T=h(8)D=(9)

因此，改變滯環(huán)寬度h來調(diào)整開關(guān)周期T，不會影響占空比D。

4控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)

為了能調(diào)頻，必須采用環(huán)寬可調(diào)的滯環(huán)比較電路，可以有兩種實(shí)現(xiàn)方法：

1)將誤差信號e與頻率調(diào)節(jié)器輸出ufc相乘，作為用于比較的信號，ufc越大，開關(guān)頻率越高。如圖9(a)所示。

2)頻率調(diào)節(jié)器輸出ufc直接控制滯環(huán)比較器的輸出限幅值來改變環(huán)寬h，ufc越大，h越大，開關(guān)頻

(a)(b)

圖9滯環(huán)寬度h的調(diào)節(jié)方法