电源转换器控制：教程

保持对电源转换器的控制对于限度地提高其效率、减少能量损失和延长组件的使用寿命至关重要。适当的控制可以优化电源转换系统的整体性能。复杂的控制算法可有效管理电源转换，同时保持恒定的输出电压和电流。

功率转换器控制的一个重要方面是适应负载条件和电源特性的动态变化的能力。这使得电源转换器能够提供稳定一致的输出，无论电力需求或环境条件如何变化。此外，电源转换器控制还可以包括许多功能，例如输出波形调整、谐波失真补偿和电能质量管理。这些功能使其能够适应应用的特定需求，并确保可靠、高质量的电源。

功率转换器控制领域的研究和发展不断带来新技术和更复杂的算法。先进数字控制器的使用，与基于机器学习的智能控制算法相结合，正在为进一步提高电力电子转换器的性能开辟新的视角。脉宽调制 (PWM) 技术广泛用于控制电源转换器。这种控制方法涉及生成一个信号，该信号设法打开和关闭功率转换器的电子开关，以在输出端实现所需的电压值。该切换功能（参见图 1 中的示例）是通过比较两个信号来实现的：调制信号和载波。这两个信号可以总结如下：

 

• 调制量是包含有关所需输出电压的实际信息的信号。
• 载波是周期信号，通常为三角波形状，其开关频率与功率转换器的开关频率相对应。

通过这两个信号的相互作用，产生开关函数。作为演示，图中描绘的系统由三种类型的生成器组成，一些是真实的，一些是经过计算和处理的：

 

 

• v(1) 是三角信号，称为“载波”。它是一种周期性且通常是固定频率的信号。根据需要，其形式可能有所不同。
• v(2) 是阈值电压，称为“调制”（或参考电压）。它决定输出逻辑状态的切换阈值电平。它可以由用户选择，也可以是任何波形，例如作为逆变器运行时的正弦波。
• v(3) 是开关电压，是前两个信号相交和比较的结果。称为二元切换函数。通常，如果调制量大于载波，则其值为 1。反之，其值为 0。可以通过硬件（具有快速比较电路）或通过固件（通过使用功能强大的微控制器。

 

 

图 1：切换功能使用两种类型的信号。

开关函数的结果直接发送到驱动器，驱动器根据开关函数的1和0的顺序来管理功率转换器开关的接通和关断。因此，可以看出，结果是由于存在两个不同且易于控制的信号而产生的真实 PWM 信号。PWM 的基本原理是根据所需的参考电压按比例改变开关信号的脉冲宽度。这样可以控制功率转换器的有效输出值，确保功率信号的适当调节和高质量。如上所述实现的 PWM 的使用提供了许多优点，包括高能效、改进的输出信号质量、控制输出功率的能力以及降低的功率损耗。在刚刚看到的例子中，

 

图 2：开关信号的占空比线性地跟随调制信号的电平。

在逆变器设计中，技术用于生成纯正弦波。图 3 显示了载波信号、调制信号以及前两者的比较结果。值得注意的是，输出信号将不可避免地受到载波和调制信号谐波的影响。为了减少 EMI 影响，有必要设计滤波器来尽可能消除或减少此类不良因素。

 

图 3：正弦波调制广泛应用于逆变器设计。

结论

带有载波和调制信号的 PWM 信号的生成是控制功率转换器的基本技术。开关函数的产生能够调节输出电压，从而为电子转换器提供准确、高效的控制。了解该技术的基本原理和应用对于工程师和电力至关重要，有助于开发用于控制和优化电力转换的创新解决方案。