探討開(kāi)關(guān)電源控制方法

袁志敏　方杰

摘? ?要：開(kāi)關(guān)電源控制方法對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行具有重要影響，文章詳細(xì)分析了開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字控制技術(shù)，并介紹了一款開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源;控制模式;數(shù)字控制技術(shù)

開(kāi)關(guān)電源是現(xiàn)代電子電力技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間比率，實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源控制方法已經(jīng)發(fā)生了明顯變化，尤其是數(shù)字化技術(shù)的演變，為開(kāi)關(guān)電源的控制方法提供了新的發(fā)展方向，值得關(guān)注。

1? ? 開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字控制技術(shù)分析

近些年，數(shù)字控制技術(shù)開(kāi)始在社會(huì)各界得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于電力系統(tǒng)而言，數(shù)字控制技術(shù)的產(chǎn)生能夠滿足控制領(lǐng)域以及生產(chǎn)監(jiān)控的要求，具有可行性。對(duì)電力系統(tǒng)而言，數(shù)字控制技術(shù)能夠進(jìn)一步優(yōu)化開(kāi)關(guān)電源的控制模式，不僅提高了開(kāi)關(guān)電源的智能化水平，還滿足遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需求。有研究認(rèn)為，現(xiàn)階段在開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)上，標(biāo)準(zhǔn)化電源數(shù)量增加，但是從整體來(lái)看，開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字化控制技術(shù)還處于轉(zhuǎn)型時(shí)期，整體數(shù)字化水平不高[1]。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，數(shù)字控制技術(shù)的出現(xiàn)有效推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源控制模式的變革，該技術(shù)顯著提高了系統(tǒng)的靈活性，并使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾能力。同時(shí)，從技術(shù)功能來(lái)看，數(shù)字化控制模式已經(jīng)取代模擬電路，實(shí)現(xiàn)了功能模塊管理，并借助控制軟件監(jiān)測(cè)電源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。因此，在使用開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字控制技術(shù)期間，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注開(kāi)關(guān)電源的控制延遲、精度以及電流檢測(cè)等問(wèn)題，這樣才能進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)字控制技術(shù)的開(kāi)關(guān)管理效果。

從未來(lái)發(fā)展來(lái)看，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成為開(kāi)關(guān)電源控制模式的未來(lái)發(fā)展方向，前景廣闊且技術(shù)越來(lái)越成熟。

2? ? 開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在現(xiàn)代化數(shù)字控制技術(shù)快速發(fā)展的大環(huán)境下，開(kāi)關(guān)電源控制模式得到了進(jìn)一步的完善與發(fā)展，相關(guān)技術(shù)優(yōu)化了開(kāi)關(guān)電源的管理模式，值得關(guān)注。

2.1? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究介紹的開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)，以負(fù)載電流為反饋量，能夠直接調(diào)整控制器的占空比輸出值，所以能夠避免傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)中因?yàn)殡娏鞑蓸狱c(diǎn)位置而引發(fā)的問(wèn)題。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了Matlab控制計(jì)算法的仿真工具，其中包括模糊控制工具箱、仿真設(shè)計(jì)工具等。

2.2? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，輸出電壓在標(biāo)定之后作為外環(huán)反饋量，能夠持續(xù)提供穩(wěn)定的輸出電壓，當(dāng)輸出電流標(biāo)定之后，可以作為內(nèi)環(huán)的反饋量來(lái)強(qiáng)化負(fù)載變化響應(yīng);外環(huán)電壓控制設(shè)備采用模糊控制器（Fuzzy-Proportion Integration Differentiation，F(xiàn)-PID），內(nèi)環(huán)電壓控制設(shè)備采用傳統(tǒng)的比例—積分—微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制器，這種搭配方法能夠有效解決開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，有助于降低檢修難度。在這個(gè)結(jié)構(gòu)下，內(nèi)環(huán)電流控制器的輸出信號(hào)在經(jīng)過(guò)調(diào)整之后，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镸OSFEET的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

本研究介紹的控制器為了適應(yīng)數(shù)字化技術(shù)中提出的高精度要求，對(duì)F-PID控制器的工作區(qū)電壓做進(jìn)一步控制，通過(guò)調(diào)整電壓區(qū)間提高了電壓輸出的精度。在這個(gè)控制器開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的PID控制器在輸出電壓誤差較大的情況下開(kāi)始控制電流輸出，并且電流輸出后由F-PID控制器在電壓誤差的特定限度內(nèi)進(jìn)行第二次控制。所以，為了滿足這個(gè)電壓控制要求，在F-PID控制器的設(shè)置中使用了“兩輸入三輸出”結(jié)構(gòu)，其中，輸入量控制分別來(lái)源于電壓誤差與電壓誤差變化率兩方面數(shù)據(jù);輸出量則按照PID控制器的電流變化來(lái)調(diào)整。這種處理方法能確保模糊控制器自適應(yīng)PID參數(shù)，避免在同一調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)影響其他模塊功能。

而考慮到直接通過(guò)變換器輸出電壓容易出現(xiàn)誤差，并且這個(gè)誤差可能會(huì)因?yàn)橥獠恳蛩氐母蓴_而出現(xiàn)很大的尖峰變化，正如顧德峰[2]所介紹的尖峰直接誤差值變化范圍達(dá)到了正負(fù)lel3以上。所以，為了強(qiáng)化該開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)的性能，不能采用微分獲得的直接誤差變化率，而是要取常用對(duì)數(shù)，并保持原來(lái)正負(fù)的方法做第二次標(biāo)定，這種方法的優(yōu)勢(shì)，就是能夠過(guò)濾大尖峰，減小其對(duì)系統(tǒng)的影響。

該系統(tǒng)所選擇的模糊控制器為Mamdani型，在將電流的輸入輸出變量進(jìn)行調(diào)整之后，可發(fā)現(xiàn)其中具有線性的函數(shù)特征，其中，子集元素分別代表了負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。在控制輸入量的范圍后，能夠直接將電壓模糊模式結(jié)果反饋至系統(tǒng)操作端，促使開(kāi)關(guān)控制功能的實(shí)現(xiàn)。

內(nèi)環(huán)電流控制器在設(shè)計(jì)上使用了常規(guī)的PID控制器，這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)輸出電流，并且在電流調(diào)制期間能夠依靠鋸齒波的大小變化來(lái)保證電流電壓的穩(wěn)定。

2.3? 系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)分析

為了進(jìn)一步了解上述系統(tǒng)在開(kāi)關(guān)電源控制中的作用，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行模擬分析。在仿真期間，分別在電阻、電流負(fù)載滿載的情況下，啟動(dòng)各種負(fù)載類型下的輸入電壓。此時(shí)的電壓從額定的最小值開(kāi)始向上跳躍直至最大值。在仿真期間，通過(guò)雙閉環(huán)模糊控制的PID控制器在電力系統(tǒng)中有明確的限定值，因此在實(shí)驗(yàn)中需要密切監(jiān)測(cè)其中的數(shù)據(jù)變化。

本次研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入端由額定電壓的最小值上升至最大電壓時(shí)，變換器3.3 V輸出電壓約有1%的變化;而在負(fù)載電流進(jìn)行半載與滿載的實(shí)驗(yàn)后，結(jié)果顯示3.3 V輸入電壓出現(xiàn)了不足1%的下陷與不足2%的超調(diào)，進(jìn)一步觀察后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)仿真系統(tǒng)的負(fù)載變化穩(wěn)定時(shí)間不足100 ?s，輸入電壓變化穩(wěn)定時(shí)間不足200 ?s，相關(guān)數(shù)據(jù)滿足開(kāi)關(guān)電源控制的要求。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

文章介紹了一種開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果顯示該系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值，彰顯了數(shù)字化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，滿足開(kāi)關(guān)電源控制的要求，值得推廣。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊楓.開(kāi)關(guān)電源的新技術(shù)及應(yīng)用[J].電子世界，2019（23）：159-160.

[2]顧德峰.電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（20）：227-228.