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開關(guān)電源的控制環(huán)截止頻率和開關(guān)頻率的關(guān)系
來源： 發(fā)布時間：2019-07-09 點擊量：1380
開關(guān)電源的控制環(huán)截止頻率和開關(guān)頻率的關(guān)系
對于這個問題是很專業(yè)的問題，非電力電子專業(yè)的小伙伴看不懂很正常。而且如果不搞這行的話，私下覺得其實也完全沒有搞懂這個的必要。開關(guān)電源的這一問題下面就來簡單敘述一下吧。
開關(guān)電源的控制環(huán)截止頻率和開關(guān)頻率的關(guān)系香農(nóng)采樣定理
看到這個定理，估計第一反應就是聯(lián)想到信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、ADC采樣但絕對聯(lián)想到不到電力電子變換器，香農(nóng)采樣定理和電力電子變換器扯上關(guān)？且聽細細道來。對于電力電子變換器來說，占空比是最終的控制信號。而調(diào)制波和載波交截確定了占空比，那么占空比是由調(diào)制波確定的，由于是采樣，那么自然有香農(nóng)采樣定理，香農(nóng)采樣定理告訴我們，電力電子變換器輸出電壓的頻率是有上限的，理論上最高是開關(guān)頻率(載波頻率)的一半。其實想想現(xiàn)實中存在的變換器，是不是恍然大悟了？一個開關(guān)電源的開關(guān)頻率為100kHz的變換器，你可以讓他輸出直流(0頻率)，輸出50Hz(并網(wǎng)逆變器)，400Hz(航空變流器)，但有沒有聽說一個開關(guān)頻率為100kHz的變換器能輸出可控的100kHz的正弦波的？這其實和環(huán)路截止頻率為開關(guān)頻率的1/5~1/10沒啥關(guān)系，哪怕你環(huán)路截止頻率再高，也不可能輸出開關(guān)電源的開關(guān)頻率一半頻率以上的電壓，這是由采樣系統(tǒng)本質(zhì)決定的。調(diào)制波與載波多次相交這個叫斜坡匹配原則。正常情況下調(diào)制波和載波應該這樣 而當調(diào)制波上升的斜率超過載波上升斜率時，就會進入不正常的狀態(tài)，所以說，要降低環(huán)路的截止頻率，使其能夠很好地抑制開關(guān)次的紋波，使得調(diào)制波的上升斜率不超過載波的上升斜率，這確實是可以算模擬控制中環(huán)路截止頻率為開關(guān)頻率的1/5~1/10的原因之一。但開關(guān)電源的數(shù)字控制不存在這個問題，數(shù)字控制由于零階保持器的存在，調(diào)制波在一個周期內(nèi)是保持不變的，斜率恒為0，不存在斜率匹配的要求小信號模型的準確性這個問題很關(guān)鍵，其實準確的說法是，狀態(tài)空間平均法的準確性。我們來看下狀態(tài)空間平均法對PWM環(huán)節(jié)的處理。
開關(guān)電源的數(shù)字控制的延時問題這個問題也很重要，不同于模擬控制，數(shù)字控制由于存在零階保持器和一拍滯后，總共會在環(huán)路中引入1.5拍滯后拍滯后是如果采樣頻率等于開關(guān)頻率，在環(huán)路中會引入540*f/fs的相位滯后，也就是說，在開關(guān)電源的開關(guān)頻率處會引入540度的相位滯后！即使截止頻率是開關(guān)電源的開關(guān)頻率的1/10，光是數(shù)字控制在截止頻率處也會引入54度的相位滯后，其實也很難補償回來了。所以說，在數(shù)字控制下，為了保持控制系統(tǒng)有足夠的相角裕度，其截止頻率會更低一些，從而減小數(shù)字控制引入的相角滯后的影響。當然還有一種辦法是提高采樣頻率，現(xiàn)在我們做逆變器一般采樣頻率是開關(guān)頻率的兩倍。這也是為了減小數(shù)字控制造成的延遲。
敘訴了這么多，還是感覺云里霧里的，不過沒關(guān)系，就讓這些交給專業(yè)人士來傷腦筋吧，我們只管知道開關(guān)電源怎么安裝怎么使用就已經(jīng)夠了。
對于這個問題是很專業(yè)的問題，非電力電子專業(yè)的小伙伴看不懂很正常。而且如果不搞這行的話，私下覺得其實也完全沒有搞懂這個的必要。開關(guān)電源的這一問題下面就來簡單敘述一下吧。
開關(guān)電源的控制環(huán)截止頻率和開關(guān)頻率的關(guān)系香農(nóng)采樣定理
看到這個定理，估計第一反應就是聯(lián)想到信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、ADC采樣但絕對聯(lián)想到不到電力電子變換器，香農(nóng)采樣定理和電力電子變換器扯上關(guān)？且聽細細道來。對于電力電子變換器來說，占空比是最終的控制信號。而調(diào)制波和載波交截確定了占空比，那么占空比是由調(diào)制波確定的，由于是采樣，那么自然有香農(nóng)采樣定理，香農(nóng)采樣定理告訴我們，電力電子變換器輸出電壓的頻率是有上限的，理論上最高是開關(guān)頻率(載波頻率)的一半。其實想想現(xiàn)實中存在的變換器，是不是恍然大悟了？一個開關(guān)電源的開關(guān)頻率為100kHz的變換器，你可以讓他輸出直流(0頻率)，輸出50Hz(并網(wǎng)逆變器)，400Hz(航空變流器)，但有沒有聽說一個開關(guān)頻率為100kHz的變換器能輸出可控的100kHz的正弦波的？這其實和環(huán)路截止頻率為開關(guān)頻率的1/5~1/10沒啥關(guān)系，哪怕你環(huán)路截止頻率再高，也不可能輸出開關(guān)電源的開關(guān)頻率一半頻率以上的電壓，這是由采樣系統(tǒng)本質(zhì)決定的。調(diào)制波與載波多次相交這個叫斜坡匹配原則。正常情況下調(diào)制波和載波應該這樣 而當調(diào)制波上升的斜率超過載波上升斜率時，就會進入不正常的狀態(tài)，所以說，要降低環(huán)路的截止頻率，使其能夠很好地抑制開關(guān)次的紋波，使得調(diào)制波的上升斜率不超過載波的上升斜率，這確實是可以算模擬控制中環(huán)路截止頻率為開關(guān)頻率的1/5~1/10的原因之一。但開關(guān)電源的數(shù)字控制不存在這個問題，數(shù)字控制由于零階保持器的存在，調(diào)制波在一個周期內(nèi)是保持不變的，斜率恒為0，不存在斜率匹配的要求小信號模型的準確性這個問題很關(guān)鍵，其實準確的說法是，狀態(tài)空間平均法的準確性。我們來看下狀態(tài)空間平均法對PWM環(huán)節(jié)的處理。
開關(guān)電源的數(shù)字控制的延時問題這個問題也很重要，不同于模擬控制，數(shù)字控制由于存在零階保持器和一拍滯后，總共會在環(huán)路中引入1.5拍滯后拍滯后是如果采樣頻率等于開關(guān)頻率，在環(huán)路中會引入540*f/fs的相位滯后，也就是說，在開關(guān)電源的開關(guān)頻率處會引入540度的相位滯后！即使截止頻率是開關(guān)電源的開關(guān)頻率的1/10，光是數(shù)字控制在截止頻率處也會引入54度的相位滯后，其實也很難補償回來了。所以說，在數(shù)字控制下，為了保持控制系統(tǒng)有足夠的相角裕度，其截止頻率會更低一些，從而減小數(shù)字控制引入的相角滯后的影響。當然還有一種辦法是提高采樣頻率，現(xiàn)在我們做逆變器一般采樣頻率是開關(guān)頻率的兩倍。這也是為了減小數(shù)字控制造成的延遲。
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