基于双极点—双零点PI补偿网络的开关电源研究

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开关稳压电源是一种采用电力电子变换和控制技术的直流电压源,它具有诸多优点,应用广泛,越来越受到重视,已成为当今研究的热点之一。开关型稳压电源的控制方法及特性优化,是改善其性能的主要途径。本文对双极点-双零点PI补偿网络在开关电源中的应用作了全面的研究,主要研究工作如下:首先,分析了该网络的零、极点特性,以单端正激式开关电源为应用对象,建立了系统模型以及负载扰动模型,运用Matlab对模型进行了仿真。着重分析了系统的稳定性、动态响应、抗输入扰动能力和抗负载扰动能力,并研究了比例系数K对控制性能的影响。仿真结果表明,该网络的运用在提高系统稳定性、动态响应速度、抗输入扰动能力以及抗负载扰动能力等性能上具有显著的效果。第二,根据仿真结果,选取了K值。沿用仿真数据,设计了一个开关电源装置。该装置基于单端正激式拓扑结构,交流市电输入,最大输出功率为72W。本文阐述了装置的总体设计方案、硬件电路中各个模块的设计思想,详细陈述了重要元件的计算过程,说明了程序功能及实现方法。第三,对所设计、研制的装置进行了调试和详细的测试。测试项目包括输出电压范围、输出电压误差、电压调整率、负载调整率、DC-DC变换器效率和输出电压纹波。测试结果中,输出电压误差最小达到0.03%,负载调整率为0.14%。最后,针对仿真和实验测试结果,综合评价了双极点-双零点PI补偿网络在开关电源中的应用效果:该网络确实能够很好地提高开关电源的性能,具体表现在以下几个方面:1)系统工作非常稳定;2)动态响应速度快,输出电压波形不存在与开关频率成整数倍的尖峰;3)抗负载扰动能力很强,负载调整率为0.14%;4)输出精度很高,稳态误差最小为0.03%。
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