【導讀】功率轉換器控制在優(yōu)化功率轉換系統的整體性能方面起著至關重要的作用。通過適當的控制,可以限度地提高電源轉換器的效率,減少能量損失并延長組件壽命。通過設計復雜的控制算法,可以有效、優(yōu)化地管理電源轉換,同時保持電源轉換器輸出電壓和電流恒定。
功率轉換器控制在優(yōu)化功率轉換系統的整體性能方面起著至關重要的作用。通過適當的控制,可以限度地提高電源轉換器的效率,減少能量損失并延長組件壽命。通過設計復雜的控制算法,可以有效、優(yōu)化地管理電源轉換,同時保持電源轉換器輸出電壓和電流恒定。
功率轉換器控制的一個重要方面是適應負載條件和電源特性動態(tài)變化的能力。這使得電源轉換器能夠提供穩(wěn)定一致的輸出,無論電力需求或環(huán)境條件如何變化。此外,電源轉換器控制還可以包括許多功能,例如輸出波形調整、諧波失真補償和電能質量管理。這些功能使其能夠適應應用的特定需求,并確保可靠、高質量的電源。
功率轉換器控制領域的研究和發(fā)展不斷帶來新技術和更復雜的算法。先進數字控制器的使用,與基于機器學習的智能控制算法相結合,正在為進一步提高電力電子轉換器的性能開辟新的視角。脈寬調制(PWM)技術廣泛用于控制功率轉換器。這種控制方法涉及生成一個信號,該信號設法打開和關閉功率轉換器的電子開關,以在輸出端實現所需的電壓值。該切換功能(參見圖 1 中的示例)是通過比較兩個信號來實現的:調制信號和載波。這兩個信號可以總結如下:
調制量是包含有關所需輸出電壓的實際信息的信號。
載波是周期信號,通常為三角波形狀,其開關頻率與功率轉換器的開關頻率相對應。
通過這兩個信號的相互作用,產生開關函數。作為演示,圖中描繪的系統由三種類型的生成器組成,一些是真實的,一些是經過計算和處理的:
(1) 是三角信號,稱為“載波”。它是一種周期性且通常是固定頻率的信號。根據需要,其形式可能有所不同。
(2) 是閾值電壓,稱為“調制”(或參考電壓)。它決定輸出邏輯狀態(tài)的切換閾值電平。它可以由用戶選擇,也可以是任何波形,例如作為逆變器運行時的正弦波。
(3) 是開關電壓,是前兩個信號相交和比較的結果。稱為二元切換函數。通常,如果調制量大于載波,則其值為 1。反之,其值為 0??梢酝ㄟ^硬件(具有快速比較電路)或通過固件(通過使用功能強大的微控制器。
切換功能使用兩種類型的信號。
圖 1:切換功能使用兩種類型的信號。
開關函數的結果直接發(fā)送到驅動器,驅動器根據開關函數的1和0的順序來管理功率轉換器開關的接通和關斷。因此,可以看出,結果是由于存在兩個不同且易于控制的信號而產生的真實 PWM 信號。PWM 的基本原理是根據所需的參考電壓按比例改變開關信號的脈沖寬度。這樣可以控制功率轉換器的有效輸出值,確保功率信號的適當調節(jié)和高質量。如上所述實現的 PWM 的使用提供了許多優(yōu)點,包括高能效、改進的輸出信號質量、控制輸出功率的能力以及降低的功率損耗。在剛剛看到的例子中,
教程:如何控制電源轉換器
圖 2:開關信號的占空比線性地跟隨調制信號的電平。
在逆變器設計中,技術用于生成純正弦波。圖 3 顯示了載波信號、調制信號以及前兩者的比較結果。值得注意的是,輸出信號將不可避免地受到載波和調制信號諧波的影響。為了減少 EMI 影響,有必要設計濾波器來盡可能消除或減少此類不良因素。
正弦波調制廣泛應用于逆變器設計中。
圖 3:正弦波調制廣泛應用于逆變器設計。
結論
帶有載波和調制信號的 PWM 信號的生成是控制功率轉換器的基本技術。開關函數的產生能夠調節(jié)輸出電壓,從而為電子轉換器提供準確、高效的控制。了解該技術的基本原理和應用對于工程師和電力至關重要,有助于開發(fā)用于控制和優(yōu)化電力轉換的創(chuàng)新解決方案。
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