高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计

0 引言
感应加热电源的调功方法有很多，在进一步提高功率和逆变器的工作频率时，一般选择在整流侧调功。而斩波调功在直流电压下工作，供电功率因数高，对电网的谐波干扰小，电路的工作频率高，而且与逆变器控制分开，使得系统更加稳定可靠，故适用于电压型逆变器使用。
在斩波调功的感应加热电源中，逆变电源的功率控制主要是转化为Buck斩波器的功率控制，即通过改变Buck斩波器的驱动脉冲来调节输出电压，从而调节电源的输出功率。但是Buck斩波器输出电压可能有偏差，环路设计就变成一项很重要的工作，它关系到电路的稳定性、响应速度、动态过冲等指标。本文在分析基于功率控制的Buck斩波器的小信号模型和反馈控制模式的基础上，探讨了反馈控制的传递函数和环路参数的设计。

1 基于功率控制的Buck变换器分析
如图1所示，Buck变换器的功率控制包括3个部分，Buck斩波器、误差放大器和PWM脉冲调节器，其中，Buck斩波器反映了电源本身的特性，通过建模的方法可以分析其输入到输出、控制到输出的特性；误差放大器和PWM脉冲调节器构成反馈环节，误差放大器实质上是一个补偿网络，将给定信号与输出信号的差值放大，通过PWM脉冲调节器调节占空比D(t)最终可以调节输出电压UO，使输出稳定在给定值上。
整个功率控制环的设计可以等价为对Buck斩波器控制器设计，因此必须首先建立控制对象――Buck斩波器的在电感电流连续(C CM)模式下的小信号模型。

图2为设定Buck电路工作于电感电流连续状态(C CM)，应用三端PWM平均模型方法，并考虑电感电阻rL和电容RC(ESR)，见图3。图2中虚线框内部分为三端PWM模型，由开关管VT、二极管VDF和续流二极管VD组成，其中，ia和ic分别代表ia(t)、ic(t)的平均变量，Uap和Ucp分别代表 Uap(t)、Ucp(t)平均变量，其中ia(t)和ic(t)为流入a端和流出c端的电流瞬时变量，Uap(t)和Ucp(t)为端口ap和cp的电压瞬时变量，它们是时间的函数。将主开关管等效成受控电流源形式，二极管VDF等效成受控电压源形式，由此可以得出如图3中虚线所示的三端PWM7开关模型。

当不考虑电感内阻(通常可省略)时，可以得到Buck变换器占空比到输出的传递函数为：