2 单周控制在电力电子领域中的应用

　　2.1 单周控制在DC/DC变换器中的应用

　　DC/DC变换器将输入直流电压经高频斩波或高频逆变后,再经整流和滤波环节,转换成所需幅值的直流电压。因DC/DC变换器非线性强,建立模型相当困难,故采用经典控制法——电压型控制技术和电流型控制技术难以达到控制要求。电压型控制技术当输入电源电压、负载、功率电路元器件参数变化时,只有等到输出电压变化后,反馈环路才能起到调节输出电压的作用,动态响应速度慢;为了降低系统的静态误差和功率电路的大时间常数、控制信号的传递延迟对系统动态响应速度的影响,必须采用高增益、宽频带的运算放大器,从而导致系统的稳定性变差,即系统的静态性能、快速性与稳定性之间存在矛盾。而电流型控制技术不能承受持续的短路,由于在短路输出时,误差放大器已失去了作用,使电路工作于最大占空比,增大了输入功率;同时变换器的电路损耗骤增,这是因为功率开关管的关断仅受流过开关管上的峰值电流脉冲控制。

　　单周控制技术应用于DC/DC变换器,具有很强的抗输入电压干扰能力,对短路有保护功能,可以承受持续的短路;并且很好地解决了系统的静态性能、快速性与稳定性之间的矛盾。其不足之处主要在于对开关误差的校正能力有限,系统存在一定的稳态误差,系统的负载动态响应速度较慢,过冲严重。通过一定的策略可对输入电压和负载电流扰动进行抑制,但不能实现变换器的最优动态响应。目前只能对单周期控制的半桥式DC/DC变换器进行理论分析和系统仿真。

　　2.2 单周控制在功率因数校正中的应用

　　功率因数校正(PFC)技术是抑制AC输入电流发生波形畸变的主要方法,其使整流二极管的导通角趋于180°,产生与AC电压同相位的AC输入正弦波电流,致使系统功率因数十分接近于1。PFC的控制策略按照输入电感电流是否连续,把PFC分为不连续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)。DCM控制又称电压跟踪方法,它是PFC中简单而实用的一种控制方式,应用较为广泛。DCM控制尽管简单,但由于器件承受较大的开关应力,使其只能应用在小功率范围。CCM模式下有直接电流控制和间接电流控制两种方式。直接电流控制的优点是电流瞬态特性好,自身具有过流保护能力,但需要检测瞬态电流,控制电路复杂;间接电流控制的优点是结构简单、无需电流传感。缺点是稳态性能很差,动态响应慢,动态过程中存在直流电流偏移和很大的电流过冲。

　　单周控制PFC相当于开关变量为输入电流,控制参考量为输入电压,使输入电流在单个周期内跟随输入电压变化,采样电流也随电压信号变化。从而实现功率校正目的,功率因数非常接近于1。采用单周控制可以简化控制电路的设计,不需要使用乘法器,不用检测输入电压,使系统更易实现,并且降低了设备的经济成本。PFC是单周控制应用较成熟的领域之一,在单相和三相功率电路中都得到成功的应用,并取得很好的效果。功率已做到了500W,频率最大已做到100kHz。

　　2.3 单周控制在有源电力滤波器中的应用

　　有源电力滤波器( Active Power Filter,AFP)作为一种用于动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置,可对大小和频率都在变化的谐波分量和无功功率进行补偿。其补偿性主要取决于对畸变电流的实时准确检测和逆变器输出电流的控制策略。单周控制有源滤波器(UCI-APF)是谐波补偿的新方向,与常用的APF相比,UCI-APF控制方法具有简便、采样通道少、电路成本低、检测量少、控制器结构简单以及鲁棒性强等优点,可调节功率因数接近1,故在中小功率场合有推广价值。经典的UCI-APF对电路参数的依赖性非常大,当控制电路积分参数出现偏差或浮动时,主电路上的进线电流将引入直流分量,这严重阻碍其推广应用。