PTS-系列之PEK-100系列教學
PEK-120模塊之PWM

寫在前面的話

經過前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓撲結構的學習，我們已經掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開始，在固有電路拓撲基礎上開始對電路的控制方式進行學習。本期將針對直流變換器PEK-120的控制方式以及與新能源中光伏發電結合探究最大功率點追蹤技術的學習。

PEK-120

降壓式轉換器模組

簡 述：

對于一個直流變換器而言，PWM（脈沖寬度調制）是將控制信號轉換為開關管開通與關斷命令的方法中最典型的方法。通常情況下以高頻三角波（或鋸齒波）作為載波，載波與調制波進行比較得到一系列等高不等寬的方波信號作為開關管的觸發命令。其中開關管導通時間與開關管切換周期之比作為開關管的占空比。本次就以降壓變換器為例為大家展示PWM控制效果。

通常鋸齒波為固定頻率，但是為了提高變換器輕載時的效率或者是降低空載時的損耗，許多變換器會將載波頻率隨著負載降低來減少輕載時變換器的損耗。此外，為了減少電磁干擾問題，一般控制IC在定頻下也作抖頻，故變換器的切換頻率為fs+/-fd。其中fd一般遠低于載波頻率。

開關頻率的影響：

開關頻率決定了變換器的體積、質量、響應速度與效率等特性。通過分析開關管開通與關斷兩個狀態，可以得到如下圖所示的二極管兩端的電壓并經過傅里葉展開后可得到一個直流分量與若干個整數倍開關頻率的諧波。根據變換器輸出電壓與二極管兩端的電壓可知兩者之間的轉換函數：

根據傳遞函數可知，LC在這邊起到了一個低通濾波器的作用并且低通濾波器的截止頻率遠低于載波頻率。因此，二極管兩端電壓經過LC濾波器之后只剩下了直流分量。最終使得變換器的輸出電壓接近于直流電壓。當載波頻率足夠高的時候輸出就是一個完美的直流電壓，同時也可以相對提高LC濾波器的截止頻率，因此L與C的數值相對可以減小，從而降低變換器的體積、質量等特性。從電壓電流的響應速度方面而言，較高的開關頻率與較低的電感與電容可以提高系統的開路控制帶寬，勁兒提高閉環系統的響應速度。但是高頻的切換頻率也會帶了散熱問題以及EMI問題。為了處理散熱問題需要增加散熱片以及風扇就會增大產品體積，同時高頻切換會提高電路瞬間電壓電流的變化率從而需要在更小的體積內處理EMI問題。

降壓式變換器工作原理：

降壓變換器的電感電流平均值與負載電流相等，當負載電流變小直到電感電流在該周期結束的時候恰好等于0，此時電感電流與負載電流分別被稱為臨界電感電流與臨界負載電流。其工作過程中的波形圖如下：

根據實際應用中輸入電壓或輸出電壓固定從而計算電感電流在占空比為多少時達到最大值點以及最大值的大小。

L與C的設計：

電感L設計：

以臨界電感電流工作狀態設計，當負載電流高于臨界電流時，變換器便工作在連續模式下。

若輸入電壓為定值，

若輸出電壓為定值，

電容C設計：

輸出電容紋波是由于電感電流對電容充放電造成的。該紋波成分包含理想電容本身充放電造成的紋波與電流流經電容等效串聯電阻造成問紋波。

若電壓紋波成分主要由等效串聯電阻造成，則電容的設計必須先根據等效串聯電阻設計，再由等效串聯電阻計算電容值。

若采用低等效串聯電阻電容，則電容紋波主要來自理想電容充放電造成。故：

如果考慮當負載突變電感電流來不及補充時，負載電流由電容提供造成短時間輸出電壓下降或升高，則：

故：

一般情況下以功率變化量為最大功率的0.9倍左右設計電容。

實驗驗證：

總　結：

經過以上對于降壓變換器中PWM的簡單介紹我們了解了降壓變換器的參數設計過程。固緯電子在點力電子教學方向致力于為老師減少壓力，緩解學生的學習壓力，因此開創了全新的理論與實踐相結合的教學模式，還請各位老師同學進行了解轉發。

附：為了提供學生更加豐富的學習資料，本次我們提供了matlab的仿真文件，感興趣的可以點贊轉發，在文章下面留言以及聯系方式或郵箱可以免費提供仿真文件。

仿真效果圖：