基于小信號分析的電子變壓器控制策略及性能測試

屈寶麗

（西安交通工程學院 陜西 西安 710100）

1 引言

近兩年國內科技水平發展迅速，一些技術已經趕超世界一流水平。隨著第三代半導體材料的運用，電子變壓器日漸趨向于體積小、頻率高以及高功率等特點。其中，高頻電子變壓器因為其可塑性較強，并且體積較小，在實際的運用過程中具有較高的研究性。高頻電子變壓器在實際的工作運用過程中，對于外界的影響因素較為敏感，例如輸入電壓、頻率波動、功率負載等，當這些指標參數波動較大時，都會影響高頻電子變壓器的工作性能，整體而言容易受到小信號的干擾，造成工作穩定性降低。基于此，可以引進反饋控制系統對其各影響因素進行調節，以保證電子變壓器能夠正常工作。

2 電子變壓器模型以及穩態分析

對于諧振型電子變壓器性能測試首先需要建模，包含但不限于諧振網絡、方波發生器以及濾波電路等，結合其他的科研成果，目前對于諧振型電子變壓器進行建模主要分為模態分析法以及基波分析法。模態分析法主要的工作原理是電荷守恒和能力守恒定律，通過系列的計算能夠精確地設計諧振參數。但是在實際的研究過程中，諧振網絡的工作流程以及運行模式相對歸于復雜，使模態分析法不便于廣泛運用在工程領域，基于此，目前常用的數學建模方式為基波分析法。從穩態分析方面，其兩種建模的方法主要是傳輸能量的形式不同，基波分析法主要依靠的是利用基波傳輸能量，在實際進行相關研究的時候，可以利用串聯諧振電子變壓器的穩態分析法進行分析研究[1]。

3 基于小信號分析電子變壓器控制策略分析

3.1 基于小信號諧振型電子變壓器運行穩定性分析

首先需要根據實驗條件建立小信號模型，模擬小信號干擾環境，將諧振型電子變壓器在已建立的模擬干擾環境中運行，測試其運行的穩定性以及綜合性能。根據相關實驗數據分析可以得出結論：在一定條件下，開關頻率增加，輸出電壓減小，開關頻率降低，輸出電壓增大。

3.2 控制器的設計

根據相關實驗數據得出，閉環系統的環路穩定性在開環系統傳遞函數滿足相位裕度大于45度，幅值裕度小于-10 dB條件下，系統運行的穩定性較高，并且穩態誤差較小，滿足其標準要求。其次，系統運行的穩定性與穿越頻率（傳遞函數）有重要關系，穿越頻率值越小，其系統運行穩定性越高。其次穩態誤差與開環直流增益有著密切的關系，并且穩態誤差沒有辦法進行消除或有效降低，對于得出結果的準確性具有較大的不確定性。在這個基礎之上，需要對其增設補償器，通過補償器進行相關數據的校正，在設置補償器時還需要根據實驗性質滿足不同的要求，以確保得出數據的準確性[2]。

4 諧振型電子變壓器性能測試分析

4.1 實驗平臺建模以及相關參數調試

諧振型電子變壓器進行性能測試需要對實驗平臺進行相關的設計，以及根據實驗對相關參數進行優化，比如在設計規格的過程中將額定輸出電壓設計為24 V。其次根據相關的參數以及電路拓撲結構搭建相應的實驗平臺，平臺的主電路應該包含諧振電容電感、濾波電路、負載電阻等部分組成。

4.2 寬輸入電壓下進行調壓性能測試

寬輸入電壓下進行系統調壓性能測試可以通過相關實驗進行測試。例如額定輸入電壓（400 V），實驗輸出電壓在系統開環和閉環兩種情況下的動態響應。經過相關實驗得知，閉環系統具有優異的調節能力，能夠快速將輸出電壓調節為24 V，說明了該系統的調節能力還是比較穩定的。除此之外，還有在寬輸入電流條件下電流和輸出電壓的關聯性，通過對兩者關聯性進行試驗研究，能夠進一步說明該系統能夠在比較窄的頻帶范圍內有效地實現寬輸入電壓的調節，受其小信號影響程度較小，調節能力相對來講比較優秀[3]。

4.3 不同負載運行效率測試

依據相關實驗測試數據，在滿載運行時，系統樣機諧振型電子變壓器效率呈現先升后降的走勢，其主要原因是設計的是一個小功率低電壓大電流輸出的電路。經過多次試驗，系統樣機在滿載或者半載情況下，通過諧振網絡電壓電流波形圖來分析，該系統都具備在兩種情況下實現零電壓開通。

5 結語

諧振型電子變壓器在實際的運用過程中，會受到小信號等其他因素影響，導致工作效率降低或者出現其他的情況。基于此種情況，可以在電子變壓器系統中增設補償器。在進行試驗分析時，通過建模分析，模擬小信號干擾環境，進而測試電子變壓器的性能并對其進行有效控制，以促進整體行業的發展和進步。