【正文】 特點為：快速度動態(tài)響應(yīng)，強輸入擾動抑制能力等。單周期控制的簡單結(jié)構(gòu)，快速度響應(yīng)，良好的穩(wěn)定性及高精度、高速度和高抗干擾能力，是其他現(xiàn)有 PWM 技術(shù)無法超越的。就現(xiàn)階段而言，單周期控制器大多用模擬電路方式實現(xiàn)。而數(shù)字控制技術(shù)的采用可實現(xiàn)通訊和實時的電源管理，故從數(shù)字控制方面實現(xiàn)單周期控制成為一種必然趨勢。當(dāng) S 的開關(guān))(tx)(ty頻率遠大于 的頻率帶寬時，則 在一個開關(guān)周期內(nèi)的值可認(rèn)為是不變的，x那么 在一個開關(guān)周期的平均值：)(ty攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 單周期控制技術(shù)7 式（）dtxtTtxdtTty onon ssavg )(1)()(1)( 00 ?????式（）中， ——開關(guān) S 驅(qū)動占空比，在一個開關(guān)周期內(nèi)輸出信ond號 的平均值等于輸入信號 和占空比 的乘積。在一個開關(guān)周期內(nèi),對 的控制可使 的積分值和參考值 的積分值相等，)(yrefV即： 式（）???sonTrefTdtVtx00)(恒頻控制時，開關(guān)周期為常量。也就是說， S 的開關(guān)頻率遠大于 的頻)(ty refV率帶寬時，有： 式（）refTrefsTsavg Vdtdtxton ????001)(1)(在式（）中，若積分器的積分系數(shù)為 ，則在一個開關(guān)周期內(nèi) 的平)(ty均值與 無關(guān)，只關(guān)聯(lián)于參考信號 。因此，單周控制器是把非線性開關(guān)轉(zhuǎn)換成線性開關(guān)，是一種非線性控制技術(shù)。對積分時間也就是調(diào)制占空比的調(diào)制從而使控制器輸入變量平均值在一個周期內(nèi)始終跟隨參考值。一旦積分值達到參考信號值，RS 觸發(fā)器立即復(fù)位，這時 RS 觸發(fā)器 Q 端輸出低電平,控制開關(guān)斷開，積分器復(fù)位，下一個周期積分進入準(zhǔn)備階段。++驅(qū)動信號時鐘發(fā)生器積分器比較器rstmVrefclokSR?QPWMS)(tY)(tXtClocksTPWMon)(tYmVrst )(txrefVft圖 恒頻單周期控制原理圖及波形圖設(shè)圖 中器件均為理想器件， ——時鐘源周期。復(fù)位瞬間 值為：mV 式（）refTsTmdtxdtxRCVonon ???????00)(1)(1一個開關(guān)周期內(nèi)輸出信號 平均值：y 式（）refTsavgVttyon?0)()(由上式可知，圖 所示電路可控制在一個開關(guān)周期內(nèi)使 ，由refavgVty??)(此實現(xiàn)單周期控制的基本思想。因為輸入信號存在內(nèi)阻，在負(fù)載的擾動下，開關(guān)輸出信號幅值也存在擾動。 單周期控制的控制機理單周期控制在 Buck 電路中應(yīng)用的控制原理圖如圖 。所以，二極管兩端電壓可表示 Buck 電路開關(guān)函數(shù)。由此可得，Buck 電路單周期控制的控制機理： 式（）dVtTdtVindsTsref ????0011在 Buck 中，輸入與輸出是完全解耦的，故在單周期控制應(yīng)用后，其輸出等攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 單周期控制技術(shù)9效電路圖如圖 所示。refVLRC0V圖 Buck 電路的等效輸出電路單周期控制在 Boost 電路中的應(yīng)用原理圖如圖 。與 Buck 相inV?0似，Boost 電路的開關(guān)函數(shù)同樣可由二極管兩端電壓表示。與 Buck 電路相比，Boost 電路中二極管的參考與實際不同，故其控制規(guī)則為： 式（）dVtTVsdinref 001???時鐘脈沖QRSinVdCR0VsinrefTV)(?攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 單周期控制技術(shù)10圖 Boost 電路的單周控制框圖單周期控制在 Cuk 電路中的應(yīng)用如圖 。故 Cuk 電路控1C制機理為： 式（）dVtTVcdsref 101??時鐘脈沖控制器inV0V2CR0srefTV1比較器積分器S圖 Cuk 電路的單周控制框圖單周期控制在 Buck/Boost 電路中的應(yīng)用如圖 。則其控制機理為： 式（）dVdtTVinsref )(100???攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 單周期控制技術(shù)11時鐘脈沖inVdVCR0srefTVRSQs圖 Buck／Boost 電路的單周控制框圖其他類型變換器的控制規(guī)則大同小異，由此類推即可，在此不一一舉例了。這種控制方法是以假設(shè)電路處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)為前提的，故也叫做準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)控制。固有優(yōu)勢：傳統(tǒng) PWM 控制通過減小誤差實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)占空比。一般情況下，都會經(jīng)過幾個開關(guān)周期，那么輸出會出現(xiàn)一個瞬時過沖，然后達到穩(wěn)態(tài)。結(jié)果表明：單周期控制抗電源擾動能力強，動態(tài)響應(yīng)速度快。故單周期控制通用性更強，抗干擾能力也強。以上不足之處，需要對算法進行改進，才能克服。然后通過對分別 Buck 電路、Boost 電路、Cuk 電路、Buck/Boost 電路的應(yīng)用的分析，分別得出了幾種電路下單周期控制的控制機理。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 單周期控制在功率因數(shù)校正中的應(yīng)用133 單周期控制在功率因數(shù)校正中的應(yīng)用隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，電力電子變換裝置投入生產(chǎn)應(yīng)用越來越廣泛。由于負(fù)載容量過大，畸變電流波形使整個電力線系統(tǒng)不穩(wěn)定，更甚者導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰。在Boost電路的研究中，發(fā)現(xiàn)其具有結(jié)構(gòu)簡單、輸入電流紋波小等優(yōu)點，所以，基于Boost電路的PFC技術(shù)研究和應(yīng)用得到相關(guān)人員的青睞。 單周期控制單相 Boost PFC 工作原理QRS電壓調(diào)節(jié)器R S 觸發(fā)器參考電壓誤差信號復(fù)位開關(guān)時鐘發(fā)生器比較器積分器0VRsSintCCgVmVmDLsgi?圖 單周控制單相 Boost PFC 電路原理圖單周期控制單相 Boost PFC 電路原理圖如圖 。此為 PFC 系統(tǒng)中最常見的拓?fù)渲?。為了更好闡述圖 所示原理，先做以下假設(shè)：①電路工作于 CCM 模式；②輸入頻率遠小于開關(guān)頻率。在如圖 所示 Boost 電路進入穩(wěn)態(tài)時，由電路原理可得： 式（）dVg??10式（）中: Vg——輸入電壓； ——輸出電壓；d——占空比。由sTon單周期控制原理可得： 式（）sgmsRiV??式（）中： ——電壓調(diào)節(jié)輸出電壓； ——電感電流； ——電感采mV sR樣電阻。若假設(shè)： 式（）0VResm?聯(lián)立方程式（）、（）可得： 式（）egi式（）中，輸入阻抗 是一定值，也就是說此電路的輸入阻抗是純阻性的，那么此電路可實現(xiàn)功率因數(shù)校正。在圖 中， 是電壓環(huán)輸出，mV攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 單周期控制在功率因數(shù)校正中的應(yīng)用15若想使 和 成比例，則可設(shè)計一電壓環(huán)誤差放大器。電壓調(diào)節(jié)器refV0 )(tVm圖 電壓環(huán)控制框圖在圖 中，由自動控制原理得，PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 式（）skAipv??)(如圖 所示 PI 調(diào)節(jié)器，其輸入是基準(zhǔn)電壓與輸出電壓的差值?，F(xiàn)假設(shè)此 PI 調(diào)節(jié)器的輸出方程為： 式（）)()(^tvVtm??若要分析 Boost PFC 電路中輸出電壓上的紋波電壓，先做以下假設(shè)：①此電路無損耗，即效率 η=100%；②輸出電流直流分量全部流過負(fù)載，輸出電流交流分量全部流過電容；③輸出電壓的紋波足夠小。本章對單周期控制單相Boost PFC電路的基本原理進行了詳細(xì)的分析，得到了電路工作在CCM狀態(tài)下的相關(guān)公式，對單周期控制單相Boost PFC控制回路進行了簡單的參數(shù)分析設(shè)計。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用174 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用現(xiàn)今社會，隨著各行各業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，大到交流電動機，小到交流負(fù)載都需要逆變器的供電，就連直流電源變換系統(tǒng)中也涉及到逆變器。那么，這些原始電能需要經(jīng)過變換之后才能讓這些設(shè)備運行，而在這些變換環(huán)節(jié)中，通常會使用到逆變器。綜上所述，逆變器的應(yīng)用已非常廣泛。由于單周期控制技術(shù)是通過對占空比控制，實現(xiàn)在一個開關(guān)周期內(nèi)是控制開關(guān)變量的平均值與參考值成比例或相等，所以，本章著重研究單相全橋逆變器的單周期控制技術(shù)。其中： ——橋臂輸出電壓； ——電dVLi感電流； ——輸出電壓； ——輸出電流。in0攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用18主電路L C 濾波電路電壓環(huán)單周期控制器orefVdrefVPWMdV0V圖 全橋逆變器單周期控制框圖據(jù)單周期控制基本原理，由圖 可得，在每個開關(guān)周期內(nèi)需控制 的平均dV值，使其等于輸出電壓 的給定值。0V在采用模擬控制時，利用積分復(fù)位電路來對這一功能進行實現(xiàn)。如圖 為系統(tǒng)的整體控制框圖。orefVdref在日常生活中，一般將單周期控制器分為兩種形式：單極性控制方法、雙極性控制方法。 雙極性控制模式 QRSR S 觸發(fā)器時鐘發(fā)生器比較器CdrefV 1234R運算放大器圖 雙極性控制模式圖 為雙極性控制模式。經(jīng)過實踐分析，雖然雙極性控制模式操作比較簡單，可是它在負(fù)載較輕的時候，容易攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用19出現(xiàn)直流偏移。首先定義參數(shù) ：u 式（）????amp。將其代入方程式（）可得：uinduV 式（）inutLt?020在一個開關(guān)周期內(nèi)，控制積分控制器讓 的平均值與 值相同。其傳遞函數(shù)可表示為： 式（）??????0 00)()()( tVkVkVkVorefdorefiorefpdref對式（）進行平均化處理，可得： 式（）???000)(tdorefipdref經(jīng)以上分析，先聯(lián)立方程式（）、（），再對其求取微分，可得： 式（）orefiipd VktktVkRLtVC???02030 )1()(由式（）可得，對 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的合理選取，可以確保輸出電壓嚴(yán)格的跟蹤到參考電壓。dV 雙極性控制模式數(shù)字控制算法的實現(xiàn)攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用20P I D 調(diào)節(jié)器積分器輸出R S 觸發(fā)器復(fù)位信號驅(qū)動信號圖 雙極性控制模式單周控制器調(diào)制波形雙極性控制模式單周期控制器調(diào)制波形如圖 。則有： 式（）ddrefV?采用數(shù)字控制時，可用一 PWM 中斷在中斷計算中計算出 PID 調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)。 單極性控制模式 QRS時鐘發(fā)生器比較器CdrefV 1S234R邏輯A邏輯BF FA 1A 2比較器B 1B 2Y 1Y 2圖 單極性控制模式圖 為單極性控制模式。單極性模式由這兩個比較復(fù)雜的邏輯電路構(gòu)成，這樣可以解決過零點的誤差問題。其工作uinduV?攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 單周期控制技術(shù)在全橋逆變器中的應(yīng)用21原理分析與雙極性控制模式相同。首先定義參數(shù) 、 、 ：1u2 式（）?????ONSFS2amp。此時若 A1=0，則對0?drefV積分，那么 S4 閉合，S3 斷開， 。此時 A2=B2=1。圖 是當(dāng) 時，S1 斷開，S2 閉合的電路ref ?drefV邏輯圖。此時，S4 斷開，S3閉合，得如表 所示邏輯圖。S4?drefV時，A2=B2=1，S1 閉合，S2 斷開S4 閉合 S3 閉合?dref時，A2=B2=0，S1 斷開，S2 閉合S3 閉合 S4 閉合表 最小項表達式A 0 0 1 1B 0 1 0 1)(0m?1 0 0 010 1 0 02?0 0 1 0)(30 0 0 1表 邏輯 A 和邏輯 B 真值表A1 0