閉環(huán)反饋控制功率電子變換系統(tǒng)不穩(wěn)定性抑制技術(shù)
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4.1 可控阻尼LC輸出濾波器
變換器常規(guī)輸出濾波器等效電路如圖4a所示，輸出電壓uO對(duì)濾波器前端電壓uAB的傳遞函數(shù)為
其有效阻尼比
從濾波器瞬態(tài)響應(yīng)角度看，在空載或輕載時(shí)，若LC濾波器前端出現(xiàn)一擾動(dòng)階躍輸入U(xiǎn)r，則濾波器輸出端相應(yīng)地出現(xiàn)多次振蕩，該振蕩疊加到輸出電壓上，引起輸出電壓誤差較大。為簡(jiǎn)化分析，在此僅討論空載時(shí)情況，由疊加原理可得其振蕩電路如圖4b所示，Rd包括了引線電阻與感容寄生電阻，其值非常小。由該擾動(dòng)階躍輸入U(xiǎn)r在濾波器輸出端引起的振蕩電壓分量為
式（8）中第一項(xiàng)就此次擾動(dòng)而言是個(gè)定值，它所引起的電壓誤差量通過反饋控制系統(tǒng)很容易得到調(diào)節(jié)；因?yàn)镽d非常小，故（8）式第二項(xiàng)幅值衰減很慢。雖然控制系統(tǒng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)作用，但由于其頻率ω1和無(wú)阻尼自然諧振頻率ωn很接近，若控制系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度不是非常迅速時(shí)（如電壓?jiǎn)伍]環(huán)反饋系統(tǒng)），則此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用就比較有限，并且反容易受到該振蕩分量的影響，引起uAB中出現(xiàn)頻率與無(wú)阻尼自然諧振頻率ωn相近的諧波分量，LC輸出濾波器不能對(duì)其進(jìn)行有效抑制和濾除，最后表現(xiàn)為輸出電壓基波上疊加有一擾動(dòng)振蕩諧波分量。
對(duì)此，可從兩個(gè)方面解決問題。一者可以通過調(diào)整控制系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)或控制策略，提高其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度來解決。例如讓功率電子變換系統(tǒng)工作在DCM模式、或采用電流控制調(diào)制技術(shù)，使得輸出濾波器由二階降為一階。這樣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，LC濾波器對(duì)穩(wěn)定性影響減小，從而加大系統(tǒng)穩(wěn)定性[3]。但電流斷續(xù)DCM工作模式只適用于功率較小的場(chǎng)合；電流調(diào)制技術(shù)較復(fù)雜，并且受控制策略的限制。
二者可以在不改變系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)（如控制策略、工作模式等）的情況下加大 ，從而加快（8）式中第二項(xiàng)幅值的衰減，對(duì)其進(jìn)行有效抑制。加大
增加Rd有四種方法。一是在圖4b Rd處串接一小電阻Rf（Rd與其相比很小可忽略不計(jì)），空載時(shí)其傳遞函數(shù)為
（9）式與（7）式空載時(shí)的傳遞函數(shù)相比，根軌跡的極點(diǎn)從虛軸向左半平面移動(dòng)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；但這種方法在外接負(fù)載時(shí)流過小電阻Rf的電流很大，會(huì)產(chǎn)生過大的損耗。
第二種方法是在濾波電容Cf處并聯(lián)一個(gè)較大的電阻RLS，經(jīng)過計(jì)算推導(dǎo)，RLS折算成串聯(lián)等效
三是在Cf處串接一小電阻Rf，如圖5a所示。這種方法避免了第一種方法在負(fù)載時(shí)損耗過大的缺點(diǎn)；在空載時(shí)第三種方法和第一種方法的電路結(jié)構(gòu)雖然相同，但兩者的傳遞函數(shù)并不一樣，第三種方法的傳遞函數(shù)為
多了一個(gè)左半平面的零點(diǎn)，使得根軌跡向左移，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小了系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)整時(shí)間。但第三種方法會(huì)使輸出電壓中高頻諧波濾除得不太干凈，因?yàn)樾‰娮枭嫌行〔糠指哳l諧波壓降，另外在Cf較大時(shí)（結(jié)合基波頻率時(shí)的容抗考慮）小電阻Rf上的損耗也不能忽視。
第四種方法是作者提出的可控諧振阻尼LC輸出濾波器[7]，如圖5b所示。為了消除第三種方法的缺點(diǎn)，將Cf一分為二，其中一個(gè)電容串一小電阻Rf，Cf=Cf1+Cf2，Cf1會(huì)使輸出電壓中的高頻諧波濾除干凈，電阻Rf與Cf2相串可抑制振蕩且使電阻損耗大為減小。Cf2值應(yīng)盡可能取小以減小電阻Rd上的損耗，一般約為Cf的一半；電阻Rf一般取值幾歐姆~幾十歐姆左右，主要通過和Cf2的容抗比較而定，原則上Rf在遠(yuǎn)小于Cf2容抗的前提下盡可能取大但又必須保證其損耗要小，具體可通過計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)綜合確定。
評(píng)論