电力操作电源两种控制方式的比较

1引言

开关电源是一个闭环的自动控制系统，开关电源的控制环节的设计是其设计的重要组成部分。其常用的设计步骤是对主电路建立小信号模型，作出开环波特图，然后根据性能指标要求，运用经典自动控制理论，设计校正系统，使系统具有良好的稳态和暂态性能。很多研究者对开关电源的控制系统进行了分析[1][4]。

应用在电力领域的开关电源一般要求能工作在恒压和恒流两种模式，在控制上有两种常用的实现方式：一种是采用并联式双环控制，在系统中建立两个独立的电压环和电流环。这种控制方式简单稳定，容易设计，稳定时只工作在某个单环控制下，两个控制环不会互相干扰，可以保证很好的恒压和恒流精度。另一种是采用串级式双环控制，当系统工作在恒压模式下时是用双环控制，工作在恒流模式下是用单环控制。

电力操作电源一般为并联工作的模块式电源，在这种并联运行的电源中限流特性十分重要，否则当一台模块退出工作时，其它模块会因不能及时限流而引起连锁反应，相继保护退出工作。另外，从控制的角度来说，减小运行参数对控制系统稳定性的影响，增强系统的鲁棒性是很重要的。本文通过对两种控制方式进行建模分析，对两种控制方式的限流速度和控制稳定性进行了比较，并通过实验得到了验证。

2两种控制方式分析

21并联式双环控制方式

这种控制方式电路原理图如图1所示，使用两个并联的单环分别实现电路的恒压和恒流功能，电压环PI调节器输出和电流环PI调节器输出均通过一个二极管接到三角波比较器的正输入端，电路工作时，若电压环PI调节器输出UV1小于电流环PI调节器输出UC1，则DV1导通，电路工作在电压环控制模式；反之DC1导通，电路工作在电流环控制模式。这种控制方式下，在稳定工作时，电压环和电流环只有一个环在工作，不会互相干扰。而且单环控制的设计和分析都相

图1并联式双环控制方式的电路原理图

图2电压环单环控制模式下的电路方框图

图3电流环单环控制模式下的电路方框图

图4电压环单环开环波特图

图5电流环单环开环波特图

对简单。但由于电压环和电流环的调节器输出端接在一起，在过渡过程中，特别是当两个环之间进行切换时，会形成相互干扰，可能会导致电路工作不稳定。

图2是工作在电压环单环控制模式时的电路方框图。图3是工作在电流环单环控制模式时的电路方框图。图2、图3中：

H为输出电压采样系数，H=R2/(R1＋R2)；

FM为脉宽调制器的传递函数，FM=1/UPP，（UPP为三角波峰峰值）；

GV(s)为电压环PI调节器的传递函数；

GdV(s)为主电路的占空比对输出电压的开环传递函数；

Ki为电感电流采样系数；

Gi(s)为电流环PI调节器的传递函数；

Gdi(s)为主电路的占空比对电感电流的开环传递函数。GV(s)=(1)GdV(s)=×(2)Gdi(s)=×(3)

式中：Uin输入直流母线电压；

L为输出滤波电感值；

RL为滤波电感的电阻；

C为输出滤波电容；