系统集成是电力电子今后发展的方向,电力电子标准模块的研究是系统集成中一项重要的工作。当形成了一系列标准模块之后,在开发电源系统时只需要将这些标准模块进行合理的拼装和组合即可。这些标准模块最基本的要求是通用性,即有尽量宽的适应性。
Buck 型变流器是用得非常广泛的一类变流器,隔离型的 Buck 变流器有全桥、半桥、推挽和正激等。这些拓扑也是系统集成的优选拓扑,对它们的效率、应力、EMI 等方面已经有较多的研究。但是对于宽范围 Buck 型变流器如何设计小信号环路才更能适合系统集成标准化的要求研究得并不多。
在不同输入电压下环路增益的博德图会有很大的差别,如图3所示。这样很难兼顾稳定性和动态。因为稳定需要较大的相位裕量,而动态性能要有较高的带宽,也就是高的穿越频率。但是通常穿越频率和相位裕量不能兼顾。宽输入电压范围时,补偿网络就要设计成高压输入时还能保证足够的相位裕量,但是这样在低压输入时穿越频率就会太低,以致差的动态性能。通常输入电压有两倍或两倍以上的变化称为宽范围。
如果能采用 Vin 对控制环节进行补偿,就能抵消 Gvd 中 Vin 的作用,使得环路增益不会随 Vin 的变化而变化。一个比较简单的方法就是让Vin决定PWM 锯齿波的斜率,这样就能在 Gp 的表达式里出现 Vin,并且让 Vin在分母,就可以和 Gvd 中的Vin抵消了,这个方法也被称为前馈。在 PFC 电路中也常常加入前馈电路,而 PFC 电路的前馈电路的目的是为了在输入电压突变时改善输出电压超调特性,主要用于启动过程。而本文的前馈电路的目的和原理与传统概念的前馈完全不同,是为了在不同输入电压下有比较接近的博德图,从而同时得到较好的稳态特性和负载动态特性。研究的输入电压是稳态电压,并不是动态电压。本文的动态均指负载电流的动态。
电压型 CCM Buck 型变流器的功率级传递函数随输入电压的变化而变化。用输入电压作为补偿量合理地去改变控制环节的传递函数能够起到抵消功率级传递函数中 Vin 量的作用,从而环路增益就不会随输入电压改变而改变, 宽输入电压范围应用下,兼顾稳定性和动态的小信号就比较容易设计。Boost 型、 Buck-Boost 型的变流器的补偿还有待于进一步地研究。