科普小貼士:LC濾波器(正弦波濾波器)與LCL濾波器的區(qū)別 通常電流源的逆變器會(huì)使用LCL濾波器,電壓源的逆變器會(huì)使用LC濾波器。
原因是電流源逆變器一般都是與電網(wǎng)相連接,如果使用LC濾波器就會(huì)為電網(wǎng)注入開(kāi)關(guān)次諧波,當(dāng)然這是在電網(wǎng)很強(qiáng)的情況下,如果電網(wǎng)就弱,即系統(tǒng)阻抗較大,其實(shí)使用LC濾波器也是沒(méi)有問(wèn)題的。 但LCL濾波器存在挺煩人的問(wèn)題,首先LCL存在兩個(gè)諧振點(diǎn),控制參數(shù)沒(méi)有設(shè)計(jì)好會(huì)發(fā)生諧振,其次如果系統(tǒng)較弱,背景諧波電壓會(huì)通過(guò)系統(tǒng)阻抗與LCL濾波器的C發(fā)生諧振,所以一般都會(huì)在C上串一個(gè)電阻,如果不串電阻要檢測(cè)C上電流,做反饋,也就是虛擬阻抗的方法。 那么電壓源逆變器為什么只使用LC呢,因?yàn)殡妷涸茨孀兤饕话悴慌c電網(wǎng)連接,直接為負(fù)荷供電,比如UPS,這時(shí)只要電壓紋波系數(shù)小于一定值就可以了,即負(fù)荷能承受了,這樣就可以省去一組L。如果電壓源逆變器非要使用LCL也是沒(méi)有問(wèn)題的。
管理電源上的輸出電壓紋波是滿足法規(guī)排放要求的方法之一。第二級(jí)LC濾波器的有效實(shí)施需要額外的分析和調(diào)整以使電源穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)第二級(jí)LC濾波器的反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)可以使用更少的濾波電容,并在輸出負(fù)載上獲得更小的電壓紋波。第二級(jí)LC濾波器與額外的輸出電容相比,可降低電壓紋波,這是一種成本較低的解決方案,可提高系統(tǒng)可靠性,因?yàn)槭褂玫碾娙萜鞲?。然而,第二?jí)LC濾波器的補(bǔ)救措施在輸出調(diào)節(jié)中引入不穩(wěn)定性而無(wú)需重新調(diào)整補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。為了解決這種輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題,穩(wěn)健的設(shè)計(jì)應(yīng)該得到開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)模型。推導(dǎo)將在閉環(huán)控制系統(tǒng)中識(shí)別開(kāi)關(guān)電源的極點(diǎn)和零點(diǎn),因此可以獲得關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)行為的一些直覺(jué),然后優(yōu)化補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。 圖:使用第二級(jí)LC濾波器的反激轉(zhuǎn)換器。 有三種常用方法可以為Flyback推導(dǎo)小信號(hào)模型: Middlebrook介紹的狀態(tài)空間平均法; Vorperian的PWM開(kāi)關(guān)建模; Robert Ericsson的平均切換方法。 狀態(tài)空間平均該方法已用于對(duì)許多PWM轉(zhuǎn)換器進(jìn)行建模,并已被證明是設(shè)計(jì)穩(wěn)定環(huán)路的有用工具。但是,由于狀態(tài)空間平均方法利用了電感器內(nèi)部的電流信號(hào)和電容器兩端的電壓等參數(shù),因此如果添加任何其他有源元件,則必須重新進(jìn)行推導(dǎo)工作。此功能使?fàn)顟B(tài)空間平均方法不便于使用第二級(jí)LC濾波器對(duì)反激轉(zhuǎn)換器進(jìn)行建模。 PWM開(kāi)關(guān)建模方法將開(kāi)關(guān)元件線性化為小信號(hào)模型。一旦電路如圖a所示,就可以啟動(dòng)PWM開(kāi)關(guān)建模。如圖(a)所示,反激式轉(zhuǎn)換器首先通過(guò)阻抗反射將其次級(jí)側(cè)反射到其初級(jí)側(cè),從而配置為降壓 升壓。降壓 升壓中的三端子PWM開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)(acp端子;有源 無(wú)源端子)可以在CCM或DCM(圖(b))工作條件下替換為現(xiàn)有的線性化模型。通過(guò)插入這些已經(jīng)導(dǎo)出的線性化模型,F(xiàn)lyback轉(zhuǎn)換器動(dòng)力傳動(dòng)系的小信號(hào)模型已準(zhǔn)備好在閉環(huán)中找到極點(diǎn)和零點(diǎn)。 圖(a):將反激配置為降壓 升壓。 圖(b):PWM開(kāi)關(guān)建模在降壓 升壓中。 使用平均開(kāi)關(guān)方法對(duì)反激轉(zhuǎn)換器進(jìn)行建模有兩種方法。一種方法是將負(fù)載反射到初級(jí)側(cè),然后用擾動(dòng)和線性化模型替換FET和二極管,就像我們使用PWM開(kāi)關(guān)一樣。這種方法似乎不太吸引人,因?yàn)樵赑WM開(kāi)關(guān)模型隨時(shí)可用于插件時(shí)需要額外的努力來(lái)推導(dǎo)平均模型。另一種建模方法是在沒(méi)有阻抗反射的情況下直接導(dǎo)出平均模型。然而,使用這種方法得到的模型比使用PWM開(kāi)關(guān)得到的模型更復(fù)雜,這使得它不是建模Flyback的好選擇。因此,PWM開(kāi)關(guān)建模是使用第二級(jí)LC濾波器建模反激式轉(zhuǎn)換器的有效選擇。與更直接的PWM開(kāi)關(guān)方法相比,平均開(kāi)關(guān)方法需要更多步驟或更復(fù)雜,以找到小信號(hào)模型以找到反激極點(diǎn)和零點(diǎn)。 阻抗針對(duì)反激PWM開(kāi)關(guān)模型描述的反射 要使用PWM開(kāi)關(guān)方法分析第二級(jí)LC輸出濾波器引入的穩(wěn)定性和輸出設(shè)定點(diǎn)容差問(wèn)題,需要進(jìn)行阻抗反射以簡(jiǎn)化輸入到輸出模型。要分析反激式轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)模型,首先要將次級(jí)側(cè)的負(fù)載和濾波電容(阻抗)反映到初級(jí)側(cè)。 圖:具有多個(gè)輸出的反激式轉(zhuǎn)換器。 圖顯示了具有三個(gè)輸出的簡(jiǎn)化反激式轉(zhuǎn)換器。利用反射阻抗,反激式轉(zhuǎn)換器變?yōu)榻祲? 升壓轉(zhuǎn)換器。 Z,Z和Z分別是三個(gè)輸出的輸出阻抗,可以按如下方式計(jì)算: 回顧反激式的基本操作當(dāng)主開(kāi)關(guān)M關(guān)閉時(shí),轉(zhuǎn)換能量。初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間的連接是磁芯內(nèi)的磁通。如圖所示。 圖:開(kāi)關(guān)M打開(kāi)時(shí)的電流流動(dòng)。 如圖所示(a),對(duì)于開(kāi)關(guān)M接通的單輸出配置,當(dāng)磁通Φ增加時(shí),電流Ip流過(guò)初級(jí)側(cè)繞組。由于二極管是反向偏置的,所以沒(méi)有電流流過(guò)次級(jí)側(cè)繞組。當(dāng)開(kāi)關(guān)M關(guān)閉時(shí),如圖(b)所示,為保持磁通保持不變,二極管現(xiàn)在正向偏置并導(dǎo)通。然后,以下等式適用: 基于等式(),每個(gè)輸出的輸出阻抗可以通過(guò)乘以a反映到初級(jí)側(cè)系數(shù)和并行。利用反射阻抗,反激轉(zhuǎn)換器變?yōu)榻祲? 升壓轉(zhuǎn)換器。具有多路輸出的反激式轉(zhuǎn)換器可簡(jiǎn)化為具有多個(gè)并聯(lián)負(fù)載的降壓 升壓,如圖所示。 圖:簡(jiǎn)化具有并聯(lián)乘法負(fù)載的降壓 升壓轉(zhuǎn)換器。 當(dāng)負(fù)載從次級(jí)側(cè)反射到初級(jí)側(cè)時(shí),可以將反激式轉(zhuǎn)換器分析為降壓 升壓轉(zhuǎn)換器。這種做法可以很大簡(jiǎn)化每個(gè)輸出使用第二級(jí)LC濾波器以降低輸出電壓紋波的應(yīng)用的分析工作。 為反激PWM開(kāi)關(guān)模型導(dǎo)出的傳遞函數(shù) 使用PWM開(kāi)關(guān)方法分析第二級(jí)LC輸出濾波器引入的穩(wěn)定性和輸出設(shè)定點(diǎn)容差問(wèn)題,阻抗反射將輸入到輸出模型簡(jiǎn)化為降壓 升壓(圖)。通過(guò)上面演示的反射阻抗簡(jiǎn)化,反激式轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)換為降壓 升壓轉(zhuǎn)換器,用于下一步。這種簡(jiǎn)化可以極大地簡(jiǎn)化在每個(gè)輸出端使用第二級(jí)LC濾波器的應(yīng)用的分析工作 由于降壓 升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)負(fù)載條件在CCM和DCM中工作,因此CCM和DCM中的開(kāi)關(guān)分別有兩種不同的PWM開(kāi)關(guān)模型。圖顯示了CCM中的PWM開(kāi)關(guān),而圖顯示了DCM中的PWM開(kāi)關(guān)。 圖:CCM中的PWM開(kāi)關(guān)。 圖:DCM中的PWM開(kāi)關(guān)。 根據(jù)工作模式,相應(yīng)的PWM開(kāi)關(guān)模型可與降壓 升壓轉(zhuǎn)換器組合使用(s)轉(zhuǎn)換器。圖顯示了轉(zhuǎn)換器中的PWM開(kāi)關(guān),而轉(zhuǎn)換器在CCM中運(yùn)行,而圖顯示了轉(zhuǎn)換器中的PWM開(kāi)關(guān),而轉(zhuǎn)換器在DCM中運(yùn)行。 圖:CCM中降壓 升壓的PWM開(kāi)關(guān)。 圖:DCM中降壓 升壓的PWM開(kāi)關(guān)。 結(jié)合PWM開(kāi)關(guān)和降壓 升壓模型,如圖和圖所示,簡(jiǎn)化了降壓 升壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的傳遞函數(shù)。 為了說(shuō)明建模過(guò)程圖如下圖所示。 圖:使用帶控制電路的第二級(jí)LC濾波器的反激式轉(zhuǎn)換器。 插入PWM開(kāi)關(guān)的模型電路如圖和圖所示。 圖:反射二次側(cè)元件的反激式轉(zhuǎn)換器CCM中的初級(jí)側(cè)。 圖:反向轉(zhuǎn)換器,其次級(jí)側(cè)組件反映在DCM的主側(cè)。 從控制到輸出電壓的傳遞函數(shù)可以總結(jié)為()。利用()中規(guī)定的公式,設(shè)計(jì)人員可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸出調(diào)節(jié),以便通過(guò)使用第二級(jí)LC濾波器實(shí)現(xiàn)完美性能。 使用第二級(jí)輸出濾波器快速創(chuàng)建反激式使用飛兆半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)工具在幾分鐘內(nèi)完成設(shè)計(jì),然后保存您的設(shè)計(jì)以供將來(lái)參考。無(wú)需工作臺(tái)原型,交換組件選擇并執(zhí)行詳細(xì)的模擬和分析,即可微調(diào)您的設(shè)計(jì)參數(shù)。具有集成MOSFET設(shè)計(jì)工具的反激/控制器是列出的第五個(gè)工具。 伊萊專(zhuān)業(yè)致力于濾波器、電抗器、變壓器的研發(fā)及制造,并提供諧波治理、無(wú)功補(bǔ)償、電磁干擾等電能質(zhì)量一體化解決方案。引進(jìn)德國(guó)設(shè)計(jì)技術(shù)、生產(chǎn)工藝先進(jìn),設(shè)備精良,測(cè)試平臺(tái)齊全。伊萊也是年出名的的濾波器廠家,十分注重技術(shù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新,在用戶(hù)中一直享有較高聲譽(yù)。 (文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者,侵刪)
第二級(jí)LC濾波器中的PWM開(kāi)關(guān)建模介紹由伊萊電氣編輯http://www.15gp.cn/news/340.html 如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處
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