PWM变换器跟踪控制技术实验电路设计

1、    PWM变换器跟踪控制技术实验电路设计摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte李跃峰 周建华郭玲 陈增禄（西安工程大学电子信息学院）1 引言PWM变换器跟踪控

2、制技术中，输出电流跟踪控制应用最多，也可以应用输出电压跟踪控制。本文针对电流跟踪型逆变电路设计了主电路和控制电路，包括单相全桥逆变电路、交流输出侧RL负载、电流误差检测电路，以及数字控制和输出驱动电路等。基于本设计的实验系统，可用于滞环比较型、定时比较型、基于线性调节的三角波比较型，及本专题中其它各种跟踪控制方法的实验研究。对于不同的跟踪控制方法，只需设计对应的数字部分控制程序即可。2 主电路原理及参数设计主电路拓扑见图1所示。图中V1-V4是桥式逆变电路的4个开关，它们由IGBT开关管及其驱动电路组成。当开关V1和V4导通，V2和V3断开时，负载电压uo为Ud；当开关V1和V4断开，V2和V

3、3导通时，uo为-Ud，如图2中所示，其中Tc为开关周期。按照一定的规律控制V1-V4的通断，即可得到需要的PWM输出电压uo，以达到输出电流io跟踪指令信号ir的目的。当进行输出电流跟踪控制时，负载一般都应该具有一阶惯性特性。在实验电路中采用RL负载。图2中所示，if为输出电流io经霍尔电流传感器检测所得电流（if=io/ki，ki为霍尔电流传感器的传输比）， ir为指令电流。 e=ir-if为电流跟踪误差，如图2下所示。电流跟踪控制的任务就是控制误差电流e，使得if跟踪ir。主电路主要参数为：Ud=100V，L=37mH，R=10。负载为一阶惯性，时间常数为。设计平均开关频率约为fc=10

4、kHz，开关周期约为Tc=100s，一般应保证T>>Tc。3 控制系统原理及参数设计控制系统整体框图如图3所示。图中，uir为表示指令电流ir的电压信号，uif为表示反馈电流if的电压信号，ei为uir与uif比较后所得的误差值。主电路负载侧电流io经霍尔电流传感器检测，得到电流if。电流if通过一个检测电阻Ri转换为电压信号uif，将电压信号uif作为反馈信号送入控制电路与指令信号uir进行比较，比较后得到误差信号ei。ei经ADC转换送入FPGA，经FPGA做相应处理后，得到PWM控制信号。PWM控制信号经放大电路和隔离驱动电路实现对开关管的控制。由于使用可编程单元，使得该实验

5、系统能够实现多种不同控制方法。A 控制系统的模拟电路部分图4为控制系统模拟电路部分，其中运算放大器选用MAX4020。选用传输比ki为1000的霍尔电流传感器。反馈电流if经检测电阻Ri转换为电压信号uif，uif经跟随器A1，与经过反相器A2的指令信号uir在A3中进行比较，比较后输出误差信号ei，送入FPGA。uir=Riir（1）（2）（3）考虑到主电路最大的输出电流值、MAX4020允许的输入电压，以及AD转换器的输入电压范围，选择电阻Ri=250。为了滤除反馈信号中存在的谐波信号，并入滤波电容Ci，取Ci=400nF，可得反馈环节惯性滤波时间常数Ti=RiCi=100s。B 放大电路部分FPGA输出的PWM控制信号的驱动能力不足，不能直接驱动光电耦合器。图5是一个OC放大器，当三极管导通时，光电耦合器关断；当三极管截止时，15V电源经1k电阻驱动光耦导通。C 隔离驱动电路图6为隔离驱动电路原理示意图。二极管D和电容C组成驱动电路的自举电源。图1主电路中的V1、V2、V3和V4四个开关管采用相同的驱动电路。4 总结本文设计了PWM变换器输