基于小信號分析的電子變壓器控制策略及性能測試

屈寶麗

（西安交通工程學(xué)院 陜西 西安 710100）

1 引言

近兩年國內(nèi)科技水平發(fā)展迅速，一些技術(shù)已經(jīng)趕超世界一流水平。隨著第三代半導(dǎo)體材料的運(yùn)用，電子變壓器日漸趨向于體積小、頻率高以及高功率等特點(diǎn)。其中，高頻電子變壓器因?yàn)槠淇伤苄暂^強(qiáng)，并且體積較小，在實(shí)際的運(yùn)用過程中具有較高的研究性。高頻電子變壓器在實(shí)際的工作運(yùn)用過程中，對于外界的影響因素較為敏感，例如輸入電壓、頻率波動(dòng)、功率負(fù)載等，當(dāng)這些指標(biāo)參數(shù)波動(dòng)較大時(shí)，都會(huì)影響高頻電子變壓器的工作性能，整體而言容易受到小信號的干擾，造成工作穩(wěn)定性降低?；诖?，可以引進(jìn)反饋控制系統(tǒng)對其各影響因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證電子變壓器能夠正常工作。

2 電子變壓器模型以及穩(wěn)態(tài)分析

對于諧振型電子變壓器性能測試首先需要建模，包含但不限于諧振網(wǎng)絡(luò)、方波發(fā)生器以及濾波電路等，結(jié)合其他的科研成果，目前對于諧振型電子變壓器進(jìn)行建模主要分為模態(tài)分析法以及基波分析法。模態(tài)分析法主要的工作原理是電荷守恒和能力守恒定律，通過系列的計(jì)算能夠精確地設(shè)計(jì)諧振參數(shù)。但是在實(shí)際的研究過程中，諧振網(wǎng)絡(luò)的工作流程以及運(yùn)行模式相對歸于復(fù)雜，使模態(tài)分析法不便于廣泛運(yùn)用在工程領(lǐng)域，基于此，目前常用的數(shù)學(xué)建模方式為基波分析法。從穩(wěn)態(tài)分析方面，其兩種建模的方法主要是傳輸能量的形式不同，基波分析法主要依靠的是利用基波傳輸能量，在實(shí)際進(jìn)行相關(guān)研究的時(shí)候，可以利用串聯(lián)諧振電子變壓器的穩(wěn)態(tài)分析法進(jìn)行分析研究[1]。

3 基于小信號分析電子變壓器控制策略分析

3.1 基于小信號諧振型電子變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性分析

首先需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件建立小信號模型，模擬小信號干擾環(huán)境，將諧振型電子變壓器在已建立的模擬干擾環(huán)境中運(yùn)行，測試其運(yùn)行的穩(wěn)定性以及綜合性能。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得出結(jié)論：在一定條件下，開關(guān)頻率增加，輸出電壓減小，開關(guān)頻率降低，輸出電壓增大。

3.2 控制器的設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，閉環(huán)系統(tǒng)的環(huán)路穩(wěn)定性在開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)滿足相位裕度大于45度，幅值裕度小于-10 dB條件下，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性較高，并且穩(wěn)態(tài)誤差較小，滿足其標(biāo)準(zhǔn)要求。其次，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與穿越頻率（傳遞函數(shù)）有重要關(guān)系，穿越頻率值越小，其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性越高。其次穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)直流增益有著密切的關(guān)系，并且穩(wěn)態(tài)誤差沒有辦法進(jìn)行消除或有效降低，對于得出結(jié)果的準(zhǔn)確性具有較大的不確定性。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，需要對其增設(shè)補(bǔ)償器，通過補(bǔ)償器進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的校正，在設(shè)置補(bǔ)償器時(shí)還需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)滿足不同的要求，以確保得出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[2]。

4 諧振型電子變壓器性能測試分析

4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建模以及相關(guān)參數(shù)調(diào)試

諧振型電子變壓器進(jìn)行性能測試需要對實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，比如在設(shè)計(jì)規(guī)格的過程中將額定輸出電壓設(shè)計(jì)為24 V。其次根據(jù)相關(guān)的參數(shù)以及電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，平臺(tái)的主電路應(yīng)該包含諧振電容電感、濾波電路、負(fù)載電阻等部分組成。

4.2 寬輸入電壓下進(jìn)行調(diào)壓性能測試

寬輸入電壓下進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)壓性能測試可以通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測試。例如額定輸入電壓（400 V），實(shí)驗(yàn)輸出電壓在系統(tǒng)開環(huán)和閉環(huán)兩種情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)得知，閉環(huán)系統(tǒng)具有優(yōu)異的調(diào)節(jié)能力，能夠快速將輸出電壓調(diào)節(jié)為24 V，說明了該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力還是比較穩(wěn)定的。除此之外，還有在寬輸入電流條件下電流和輸出電壓的關(guān)聯(lián)性，通過對兩者關(guān)聯(lián)性進(jìn)行試驗(yàn)研究，能夠進(jìn)一步說明該系統(tǒng)能夠在比較窄的頻帶范圍內(nèi)有效地實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓的調(diào)節(jié)，受其小信號影響程度較小，調(diào)節(jié)能力相對來講比較優(yōu)秀[3]。

4.3 不同負(fù)載運(yùn)行效率測試

依據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，在滿載運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)樣機(jī)諧振型電子變壓器效率呈現(xiàn)先升后降的走勢，其主要原因是設(shè)計(jì)的是一個(gè)小功率低電壓大電流輸出的電路。經(jīng)過多次試驗(yàn)，系統(tǒng)樣機(jī)在滿載或者半載情況下，通過諧振網(wǎng)絡(luò)電壓電流波形圖來分析，該系統(tǒng)都具備在兩種情況下實(shí)現(xiàn)零電壓開通。

5 結(jié)語

諧振型電子變壓器在實(shí)際的運(yùn)用過程中，會(huì)受到小信號等其他因素影響，導(dǎo)致工作效率降低或者出現(xiàn)其他的情況?；诖朔N情況，可以在電子變壓器系統(tǒng)中增設(shè)補(bǔ)償器。在進(jìn)行試驗(yàn)分析時(shí)，通過建模分析，模擬小信號干擾環(huán)境，進(jìn)而測試電子變壓器的性能并對其進(jìn)行有效控制，以促進(jìn)整體行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。