電壓可調(diào)電源的電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的響應(yīng)時(shí)間縮短方法

在電源系統(tǒng)尤其是高壓或大功率電源應(yīng)用中，電壓可調(diào)電源的調(diào)節(jié)速度、響應(yīng)時(shí)間對(duì)穩(wěn)定性和控制精度至關(guān)重要。若電壓調(diào)節(jié)響應(yīng)遲緩，電壓波動(dòng)或負(fù)載突變時(shí)可能引起系統(tǒng)性能下降或不穩(wěn)定。以下從控制架構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和誤差補(bǔ)償?shù)确矫嫣接懣s短響應(yīng)時(shí)間的技術(shù)途徑。
首先，在控制架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)采用高速閉環(huán)控制系統(tǒng)，例如采用高帶寬的電流環(huán)和電壓環(huán)雙閉環(huán)設(shè)計(jì)。電壓環(huán)響應(yīng)慢通常受限于環(huán)路帶寬和補(bǔ)償元件的極點(diǎn)零點(diǎn)布局。通過(guò)合理設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（如相位領(lǐng)先、雙重零點(diǎn)或零極點(diǎn)抵消）可使環(huán)路在保證穩(wěn)定裕度的同時(shí)提升帶寬。通常，電流環(huán)帶寬設(shè)計(jì)為電壓環(huán)帶寬的 5–10 倍，以保證快速電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)，從而使電壓環(huán)不因電流變化而出現(xiàn)延遲。
其次，在功率器件選擇與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上也能影響響應(yīng)速度。選用開(kāi)關(guān)頻率較高、開(kāi)關(guān)損耗較低的器件，可使控制頻率上升，從而加快輸出調(diào)整速度。若可行，可使用半橋、全橋或多級(jí)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，以減小單級(jí)負(fù)載壓力、提高開(kāi)關(guān)頻率及電壓變化能力。對(duì)于電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的瞬態(tài)變化，可在主開(kāi)關(guān)器件之外輔以輔助調(diào)節(jié)支路（如快速電子衰減支路、旁路支路）以幫助迅速抑制輸出偏差。
再者，驅(qū)動(dòng)電路和功率級(jí)布局也不可忽視。驅(qū)動(dòng)電路需具備快速驅(qū)動(dòng)能力和足夠的驅(qū)動(dòng)電流，以迅速切換功率器件。此外，布局應(yīng)盡量縮短信號(hào)路徑、避免大環(huán)路寄生電感和電容，減少系統(tǒng)寄生延遲。對(duì)于高電壓電源，還應(yīng)考慮高壓絕緣布局、隔離處理等對(duì)響應(yīng)速度的潛在影響。
此外，在調(diào)節(jié)過(guò)程中引入前饋補(bǔ)償或預(yù)測(cè)控制策略也能明顯改善響應(yīng)時(shí)間。如加電壓前饋，即在控制器接收到設(shè)定電壓躍變指令時(shí)，同時(shí)將躍變量作為前饋信號(hào)輸入環(huán)路，可使輸出更快貼近目標(biāo)值；加負(fù)載電流前饋，也能使系統(tǒng)在負(fù)載大幅變動(dòng)時(shí)快速補(bǔ)償。若系統(tǒng)允許，可引入模糊控制、滑模控制或模型預(yù)測(cè)控制（MPC）算法，以?xún)?yōu)化動(dòng)態(tài)性能。尤其是在高壓電源系統(tǒng)中，由于電容、電感元件較大，時(shí)滯、寄生參數(shù)復(fù)雜，模型預(yù)測(cè)控制能夠根據(jù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測(cè)未來(lái)波動(dòng)趨勢(shì)，從而提前調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)。
最后，在硬件層面可以加入軟起動(dòng)或動(dòng)態(tài)阻尼電路，例如在輸出級(jí)并聯(lián)快速響應(yīng)元件（如小電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、快速跨導(dǎo)器件、緩沖級(jí)）以抑制輸出瞬態(tài)誤差。還可在輸出端設(shè)置局部小電阻／阻尼網(wǎng)絡(luò)，以減少振蕩或過(guò)沖。在合適條件下，還可并聯(lián)半導(dǎo)體快恢復(fù)元件（如肖特基二極管、緩沖晶體管）來(lái)快速消除大電壓突變。總體而言，通過(guò)控制環(huán)路設(shè)計(jì)、器件及拓?fù)鋬?yōu)化、驅(qū)動(dòng)和補(bǔ)償策略以及前饋／預(yù)測(cè)控制，可在保證穩(wěn)定裕度的前提下最大限度縮短電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的響應(yīng)時(shí)間。