探讨开关电源控制方法

袁志敏　方杰

摘   要：开关电源控制方法对电网运行具有重要影响，文章详细分析了开关电源的数字控制技术，并介绍了一款开关电源控制系统。

关键词：开关电源;控制模式;数字控制技术

开关电源是现代电子电力技术发展的产物，通过控制开关的开通与关断时间比率，实现电压的稳定输出。随着现代信息技术的发展，开关电源控制方法已经发生了明显变化，尤其是数字化技术的演变，为开关电源的控制方法提供了新的发展方向，值得关注。

1    开关电源的数字控制技术分析

近些年，数字控制技术开始在社会各界得到广泛应用。对于电力系统而言，数字控制技术的产生能够满足控制领域以及生产监控的要求，具有可行性。对电力系统而言，数字控制技术能够进一步优化开关电源的控制模式，不仅提高了开关电源的智能化水平，还满足远程动态监测的需求。有研究认为，现阶段在开关电源市场上，标准化电源数量增加，但是从整体来看，开关电源的数字化控制技术还处于转型时期，整体数字化水平不高[1]。

与传统技术相比，数字控制技术的出现有效推动了开关电源控制模式的变革，该技术显著提高了系统的灵活性，并使系统具有更强的抗干扰能力。同时，从技术功能来看，数字化控制模式已经取代模拟电路，实现了功能模块管理，并借助控制软件监测电源系统的运行状态。因此，在使用开关电源的数字控制技术期间，应该重点关注开关电源的控制延迟、精度以及电流检测等问题，这样才能进一步增强数字控制技术的开关管理效果。

从未来发展来看，数字控制技术已经成为开关电源控制模式的未来发展方向，前景广阔且技术越来越成熟。

2    开关电源控制系统的设计与实现

在现代化数字控制技术快速发展的大环境下，开关电源控制模式得到了进一步的完善与发展，相关技术优化了开关电源的管理模式，值得关注。

2.1  系统结构设计

本研究介绍的开关电源控制系统，以负载电流为反馈量，能够直接调整控制器的占空比输出值，所以能够避免传统开关电源控制系统中因为电流采样点位置而引发的问题。在系统设计过程中，采用了Matlab控制计算法的仿真工具，其中包括模糊控制工具箱、仿真设计工具等。

2.2  系统实现

在系统实现阶段，输出电压在标定之后作为外环反馈量，能够持续提供稳定的输出电压，当输出电流标定之后，可以作为内环的反馈量来强化负载变化响应;外环电压控制设备采用模糊控制器（Fuzzy-Proportion Integration Differentiation，F-PID），内环电压控制设备采用传统的比例—积分—微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制器，这种搭配方法能够有效解决开关控制系统结构复杂的问题，有助于降低检修难度。在这个结构下，内环电流控制器的输出信号在经过调整之后，会转变为MOSFEET的输出驱动信号。

本研究介绍的控制器为了适应数字化技术中提出的高精度要求，对F-PID控制器的工作区电压做进一步控制，通过调整电压区间提高了电压输出的精度。在这个控制器开关结构中，传统的PID控制器在输出电压误差较大的情况下开始控制电流输出，并且电流输出后由F-PID控制器在电压误差的特定限度内进行第二次控制。所以，为了满足这个电压控制要求，在F-PID控制器的设置中使用了“两输入三输出”结构，其中，输入量控制分别来源于电压误差与电压误差变化率两方面数据;输出量则按照PID控制器的电流变化来调整。这种处理方法能确保模糊控制器自适应PID参数，避免在同一调节区域内影响其他模块功能。

而考虑到直接通过变换器输出电压容易出现误差，并且这个误差可能会因为外部因素的干扰而出现很大的尖峰变化，正如顾德峰[2]所介绍的尖峰直接误差值变化范围达到了正负lel3以上。所以，为了强化该开关电源控制系统的性能，不能采用微分获得的直接误差变化率，而是要取常用对数，并保持原来正负的方法做第二次标定，这种方法的优势，就是能够过滤大尖峰，减小其对系统的影响。

该系统所选择的模糊控制器为Mamdani型，在将电流的输入输出变量进行调整之后，可发现其中具有线性的函数特征，其中，子集元素分别代表了负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。在控制输入量的范围后，能够直接将电压模糊模式结果反馈至系统操作端，促使开关控制功能的实现。

内环电流控制器在设计上使用了常规的PID控制器，这种设计方法的优点就是能够实现快速响应输出电流，并且在电流调制期间能够依靠锯齿波的大小变化来保证电流电压的稳定。

2.3  系统的仿真实验分析

为了进一步了解上述系统在开关电源控制中的作用，通过仿真实验的方法进行模拟分析。在仿真期间，分别在电阻、电流负载满载的情况下，启动各种负载类型下的输入电压。此时的电压从额定的最小值开始向上跳跃直至最大值。在仿真期间，通过双闭环模糊控制的PID控制器在电力系统中有明确的限定值，因此在实验中需要密切监测其中的数据变化。

本次研究发现，当输入端由额定电压的最小值上升至最大电压时，变换器3.3 V输出电压约有1%的变化;而在负载电流进行半载与满载的实验后，结果显示3.3 V输入电压出现了不足1%的下陷与不足2%的超调，进一步观察后，发现此时仿真系统的负载变化稳定时间不足100 ?s，输入电压变化稳定时间不足200 ?s，相关数据满足开关电源控制的要求。

3    结语

文章介绍了一种开关电源控制系统，仿真结果显示该系统具有一定的应用价值，彰显了数字化控制技术的优势，满足开关电源控制的要求，值得推广。

[参考文献]

[1]楊枫.开关电源的新技术及应用[J].电子世界，2019（23）：159-160.

[2]顾德峰.电力电子技术在开关电源中的应用[J].电子技术与软件工程，2019（20）：227-228.