開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制技術(shù)研究

聶慧芳

【摘 要】論文研究的主要目的是對(duì)數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)進(jìn)行深入研究，論文首先對(duì)數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，闡述了開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化技術(shù)的控制方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析了各個(gè)控制方法的研究進(jìn)展。以供相關(guān)讀者參考借鑒。

【Abstract】 The main purpose of this paper is to study the digital control technology of? switching power supply. The paper firstly makes a simple analysis of the research status of digital switching power supply， expounds the advantages of the digital technology of switching power supply. And then， it systematically studies the control methods of the digital technology of switching power supply， analyzes the research progress of each control method， so as to provide some? reference for the? relevant readers.

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化;PID控制方法;模糊控制方法

【Keywords】digital; PID control method; fuzzy control method

【中圖分類號(hào)】TN86? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2018）10-0137-02

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)的快速進(jìn)步，各種電子設(shè)備成為人們生活當(dāng)中不可缺少的生活用品。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是電子產(chǎn)品技術(shù)的主要部分，完善的電源系統(tǒng)是電子設(shè)備正常運(yùn)行的必要條件，與此同時(shí)，近年來(lái)市場(chǎng)上對(duì)數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源的需求量逐漸增大，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域?qū)﹄娮釉O(shè)備電源系統(tǒng)的性能要求也在不斷提高。以上因素使開(kāi)關(guān)電源行業(yè)要不斷提高電源的精確度、效率，減小電源的體積，使開(kāi)關(guān)電源的整體性能得到提高?；诖?，本文對(duì)開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)行研究分析，對(duì)提高開(kāi)關(guān)電源的性能具有重要意義。

2 開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

數(shù)字化電源的本質(zhì)特征是電源對(duì)輸出電壓以及電流的PWM調(diào)節(jié)是由控制芯片按照數(shù)字控制算法以及方式進(jìn)行的，受數(shù)字控制器材自身性能限制，當(dāng)開(kāi)關(guān)的頻率達(dá)到MHz時(shí)，數(shù)字控制技術(shù)就不能達(dá)到開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)要求。另外，數(shù)字控制器材成本較高，所以，目前模擬開(kāi)關(guān)電源依舊在開(kāi)關(guān)市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。現(xiàn)如今，開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制技術(shù)研究主要分為兩類，首先是研發(fā)數(shù)字化控制芯片，其次是研究數(shù)字化電源開(kāi)關(guān)。近些年，開(kāi)關(guān)數(shù)字化主要有以下幾個(gè)研究方向：一是研究數(shù)字化控制方案，其主要是研究不同性能的數(shù)字芯片，應(yīng)用于數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源;二是研究數(shù)字控制技術(shù)算法，針對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字分析，進(jìn)而提出更加合理的數(shù)字控制算法;三是研究智能化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的智能化監(jiān)管?；诖?，本文對(duì)開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

3 開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

電源開(kāi)關(guān)的體積很小、重量很輕且電源變換效率較高，使其廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、機(jī)器控制設(shè)備、家用電器等電器當(dāng)中。但隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民對(duì)電源開(kāi)關(guān)的要求也逐漸提高，以前的電源開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)大多采用模擬控制技術(shù)，該技術(shù)只適用電力較小、頻率較低以及功能少的開(kāi)關(guān)，并且該電源開(kāi)關(guān)存在電路較為復(fù)雜、控制器件多等缺點(diǎn)[2]。相比之下數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源有如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一是數(shù)字化電源開(kāi)關(guān)應(yīng)用了先進(jìn)的控制技術(shù)以及智能控制系統(tǒng)，使開(kāi)關(guān)電源性能更高，能更好地滿足人們的智能化需求;二是該開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)較為靈活，控制系統(tǒng)可以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，可以在線對(duì)控制算法以及控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，可以有效減短電源開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)周期;三是電源開(kāi)關(guān)的控制電路中器件數(shù)量很少，可以有效減小控制面板體積，使系統(tǒng)的抗干擾能力得到很大的提高;四是電源開(kāi)關(guān)的控制系統(tǒng)可靠性能得到很大提高，便于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，并且生產(chǎn)制造方便快捷。

4 開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化技術(shù)的控制方法研究

開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制方法是現(xiàn)如今電源研究當(dāng)中的重點(diǎn)，隨著數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多離散控制方法也應(yīng)運(yùn)而生，主要包括無(wú)差別控制、PID控制、模糊控制、滑膜變結(jié)構(gòu)控制等，進(jìn)而推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展。

4.1 無(wú)差拍控制

無(wú)差拍控制是基于電路方程的一種控制方法，其應(yīng)用信息狀態(tài)的反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)了零點(diǎn)以及極點(diǎn)的對(duì)消，并且在原點(diǎn)上配置了另外一個(gè)極點(diǎn)。在達(dá)到預(yù)期效果的情況下，輸出可以與給定完美匹配，畸變率相對(duì)較小[3]。所以，在開(kāi)關(guān)頻率較低的條件下，無(wú)差拍控制也能夠有保證波形的良好質(zhì)量，使數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源的性能有所提高。與此同時(shí)，無(wú)差拍控制法也有相應(yīng)的缺點(diǎn)，首先，該控制法的采集時(shí)間以及計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，限制了輸出脈沖的占比;其次，無(wú)差拍控制的系統(tǒng)參數(shù)靈敏度較差。由于無(wú)差拍控制技術(shù)自身的局限性，使無(wú)差拍控制技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制。

4.2 PID控制

PID控制技術(shù)是一種經(jīng)典的控制方法，憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)多采用模擬PID控制法，與其他的控制法相比，PID控制方法主要具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，PID算法包含了動(dòng)態(tài)控制整個(gè)過(guò)程的信息數(shù)據(jù)，可以使整個(gè)控制過(guò)程更加精確、快速、穩(wěn)定，有非常好的控制效果;其次，PID控制法在整個(gè)控制過(guò)程中對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)的依賴性低，進(jìn)而控制系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)控制效果的影響小，使控制系統(tǒng)的整體性能得到有效提高[4]。最后，PID控制法已經(jīng)較為完備，可以應(yīng)用到數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)當(dāng)中。但是，當(dāng)PID控制法應(yīng)用到數(shù)字化電源開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)當(dāng)中時(shí)，也有一些局限性。首先是系統(tǒng)的誤差降低了PID算法的分辨率，使PID的控制精度降低;其次，采樣以及計(jì)算時(shí)間延長(zhǎng)使得控制系統(tǒng)時(shí)間滯后。

4.3 模糊控制

電子設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的、多變的、非線性的系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的復(fù)雜性與電源控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性之間存在著一定矛盾。然而，模糊控制系統(tǒng)能夠精確找到二者之間平衡點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的復(fù)雜狀況做出準(zhǔn)確判斷，并及時(shí)對(duì)信息進(jìn)行處理。模糊控制方法在開(kāi)關(guān)電源的控制系統(tǒng)中主要有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：首先，模糊控制在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中不需要對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模，其有較強(qiáng)的適應(yīng)性與魯棒性;其次，系統(tǒng)處理器查找模糊控制數(shù)據(jù)只需要用很少的時(shí)間，所以，可以應(yīng)用很高的采樣率對(duì)系統(tǒng)中的實(shí)際偏差進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而提高了整體系統(tǒng)的精確度[5]。目前，受技術(shù)水平的限制，模糊變量的分類以及模糊規(guī)則數(shù)都受到了一定程度的限制，沒(méi)有統(tǒng)一的理論對(duì)確定隸屬函數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)。因此，當(dāng)前的模糊控制準(zhǔn)確度還有待提高。

4.4 滑膜變結(jié)構(gòu)控制

滑膜變結(jié)構(gòu)控制在本質(zhì)上是不連續(xù)的開(kāi)關(guān)電源控制方法，該種控制方法將電源系統(tǒng)的跟蹤誤差以及誤差導(dǎo)數(shù)控制在一條固定的滑膜曲線之上，該過(guò)程與系統(tǒng)的參數(shù)變動(dòng)和外部的干擾完全無(wú)關(guān)，使電源開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的魯棒性得到增強(qiáng)?；ぷ兘Y(jié)構(gòu)控制有非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但是，該控制方法也存在一定的缺陷，其存在著控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性不強(qiáng)，在高頻率的狀態(tài)下容易抖動(dòng)，很難選到理想當(dāng)中的滑膜切面，與此同時(shí)，系統(tǒng)控制效果容易受采樣率等相關(guān)因素的影響。因此，要強(qiáng)化滑膜變結(jié)構(gòu)控制在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，還需要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)文章的分析可知，數(shù)字化電源開(kāi)關(guān)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，伴隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，性能較高的開(kāi)關(guān)電源成為廣大科技工作人員的研究熱點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)字化控制技術(shù)，可以簡(jiǎn)化傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源中的復(fù)雜電路，提高開(kāi)關(guān)電源的整體性能。基于此，本文對(duì)開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)探究，通過(guò)應(yīng)用PID控制方法、無(wú)差拍控制方法、模糊控制方法、滑膜變結(jié)構(gòu)控制方法等可以有效提高開(kāi)關(guān)電源的整體性能，滿足市場(chǎng)對(duì)電源開(kāi)關(guān)的性能需求。

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