中心議題：
- 介紹多輸入DC/DC變換器的構(gòu)成原理及PWM 控制原理
- 對(duì)多輸入的DC/DC變換器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論
解決方案：
- 采用多輸入單輸出的DC/DC變換器，抑制高次諧波，降低紋波，提高功率因數(shù)
- 優(yōu)化前饋和反饋控制回路各參數(shù)，減小紋波
近些年來(lái)，儀器儀表中的電源，已廣泛地應(yīng)用開(kāi)關(guān)式的DC/DC變換器。但是，把工頻電壓整流，用大電容濾波，再送給DC/DC變換器以獲得所需的電壓。 這種方式會(huì)使輸入電流產(chǎn)生很大的高次諧波，從而污染了電源. 利用與DC/DC變換器相串聯(lián)的有源濾波器，可消除這種高次諧波. 但是，輸入電能需要經(jīng)過(guò)二次處理后才送達(dá)負(fù)載，顯然，使效率降低。為此，我們采用多輸入單輸出的DC/DC變換器。利用它，既可抑制輸入電流的高次諧波，又可以降低輸出電壓的紋波，并使功率因數(shù)獲得提高。
多輸入DC/DC變換器的構(gòu)成原理
圖1 電路為兩輸入單輸出的DC-DC變換器。該電路是兩個(gè)共用變壓器輸出線圈N3的反激變換器(1～5). 其中eac為工頻電源電壓，CF1，CF2，LF構(gòu)成高次諧波濾波器。 工頻電源電壓eac經(jīng)橋式整流后作為上面的反激變換器的輸入電壓e1。下面反激變換器的輸入為一直流電源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池等. 上、下反激變換器共用變壓器線圈N3作為輸出。 N1，N2與N3之間的電感為L(zhǎng)，Er 為輸出電壓e0的期望值。
圖1 兩輸入單輸出DC-DC變換器原理圖
圖2示出了該電路的PWM控制器原理框圖。流經(jīng)變壓器原邊N1線圈的電流i1經(jīng)檢測(cè)電阻Rs(該阻值很小)形成
es = i1Rs 壓降，與β1e1 經(jīng)加減運(yùn)算電路后得es-β1e1 并送入PWM 1控制器。 其輸出Vs1作為開(kāi)關(guān)管S1 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，S1的導(dǎo)通時(shí)間為Ton1。它采用的是前饋控制，目的是把e1 和i1的擾動(dòng)所引起的系統(tǒng)瞬態(tài)誤差減到最小，以改善系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。
圖2 PWM 控制原理圖
在Vs1的控制下，e1 經(jīng)N1，N3變換后供負(fù)載R0取用。但僅用這樣的控制，R0 兩端電壓e0會(huì)產(chǎn)生幅值很大的頻率為2倍eac頻率的紋波。為了消除e0的這種低頻紋波，我們采用另一路反饋控制。 即把Er，β2e0經(jīng)運(yùn)算電路運(yùn)算得Er-β2e0送入圖2的PWM2控制器中。因Vs的周期Ts = 1/fs為總開(kāi)關(guān)周期。顯然，對(duì)PWM控制，開(kāi)關(guān)頻率fs為一個(gè)定值(即周期Ts固定) . 但一個(gè)周期Ts中，Ton和Toff是變化的。S1和S2的導(dǎo)通時(shí)間之和Ton1+Ton2 = Ton。因此，只要把Ton1與Ton取異或即可得到S2的驅(qū)動(dòng)波形V s2。 其中S1的導(dǎo)通時(shí)間Ton1采用前饋控制. 而Ton則采用反饋控制。可以推出，i1在Ton1期間，應(yīng)與工頻電源電流iac的全波整流波形相似；而i2則與i1的相位相反。i0=e0/R0應(yīng)是一無(wú)紋波的固定值。其中i1，i2按線圈N3進(jìn)行規(guī)格化。電池EB傳送到負(fù)載部分的電流與( i0-i1) 的量相當(dāng)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
i1 ，i2 的實(shí)測(cè)波形如圖3 (a)，(b) 所示，可見(jiàn)實(shí)測(cè)與理論推斷是一致的。單輸入單輸出的DC/DC變換器(不含EB部分) 時(shí)，eac ，iac和e0的實(shí)測(cè)波形如圖4 (a) ，(b) 所示。由于采用前饋控制，iac雖有較好波形，但輸出電壓e0則有約280mV 的紋波。且此時(shí)電容C的容量要很大，約10000μF。可見(jiàn)，想用增大C的容量來(lái)減小紋波是困難的。
(a) i1實(shí)測(cè)波形(b) i2實(shí)測(cè)波形
圖3 i1和i2波形
(a) eac ， iac實(shí)測(cè)波形圖(b) e0實(shí)測(cè)波形圖
圖4 單輸入單輸出實(shí)測(cè)波形
垂直: eac為20V，格-1， iac為100mA，格-1；水平：5ms，格-1
圖5 (a)，(b)為采用兩輸入單輸出的DC/DC變換器時(shí)eac ，iac和e0的觀測(cè)波形。此時(shí)e0的紋波抑制在80mV 左右，這個(gè)值是較小的。iac的波形基本上為正弦波，高次諧波也被抑制了。只要進(jìn)一步優(yōu)化前饋和反饋控制回路各參數(shù)，e0 的紋波會(huì)進(jìn)一步減小。
(a) eac ， iac實(shí)測(cè)波形圖(b) e0實(shí)測(cè)波形
圖5 雙輸入單輸出實(shí)測(cè)波形
垂直：eac為20 V，格-1， iac為100 mA，格-1; 水平：5 ms，格-1
結(jié)束語(yǔ)
由上面的分析和測(cè)量可見(jiàn)，采用兩輸入的DC/DC變換器的好處。它既抑制輸入電流的高頻分量，降低輸出電壓e0的紋波，又提高了功率因數(shù)。因此，使整個(gè)變換器的性能得到令人滿意的改善。如果采用多于兩個(gè)輸入(如三輸入以上)，可推想在抑制高頻分量和降低e0紋波方面會(huì)有更好的效果。但是，其控制部分的參數(shù)必須經(jīng)過(guò)優(yōu)化。
