作为@@工程师@@,每天接触的是电源的设@@计工程师@@，发现不管是电源的老手@@、高手@@、新手@@，几乎对控制环路的设@@计一筹莫展@@，基本上靠实验@@。靠实验当然是可以的@@,但出问题时@@往往无从下手@@，在@@这里我想以反激电源为@@例子@@(在@@所有拓扑中环路是最难的@@,由于@@RHZ 的存在@@@@)，大@@概说一下怎么计算@@，至少使大@@家在@@有问题时@@能从理论上分析出解决问题的思路@@。
示意图@@:
这里给出了右半平面零点@@@@的原理表示@@,这对用@@@@PSPICE 做仿真很有用@@@@,可以直接套用@@此图@@。
递函数自己写吧@@,正好锻炼一下@@,把输出@@电压除以输入@@电压就是传递函数@@。
bode 图可以简单的判定电路的稳定性@@,甚至可以确定电路的闭环响应@@，就向我下面的图中表示的零极点说明了增益和相位@@的变化@@。
单极点补偿@@：
适用@@于电流型控制@@和工作在@@@@DCM，方式并且滤波电容的@@ESR零点@@频率@@@@较低的电源@@。其主要作用@@原理是把控制带宽拉低@@,在@@功率部分或@@加有其他补偿的部分的相位@@达到@@180度@@以前使其增益降到@@0dB也叫主极点补偿@@。
双极点@@,单零点@@补偿@@,适用@@于功率部分只有一个极点的补偿@@.如@@:所有电流型控制@@和非连续方式电压型控制@@。
三极点@@，双零点@@补偿@@，适用@@于输出@@带@@LC谐振@@的拓扑@@,如@@所有没有用@@电流型控制@@的电感电流连续方式拓扑@@。
C1 的主要作用@@是和@@R2 提升相位@@的@@.当然提高@@了低频增益@@。在@@保证稳定的情况下是越小越好@@。C2 增加了一个高频极点@@,降低开关躁声干扰@@。
串联@@C1 实质是增加一个零点@@@@,零点@@的作用@@是减小峰值时@@间@@,使系统响应加快@@,并且闭环越接近@@虚轴@@,这种效果越好@@.所以@@理论上讲@@,C1 是越大@@@@越好@@.但要考虑@@,超调量和调节时@@间@@,因为@@零点@@越距离虚轴越近@@,闭环零点@@修正系数@@Q 越大@@@@,而@@Q 与超调量和调节时@@间@@成正比@@,所以@@又不能大@@@@.总之@@,考虑闭环零点@@要折衷考虑@@。
并联@@C2 实质是增加一个及点@@,级点的作用@@是增大@@峰值时@@间@@,使系统响应变慢@@.所以@@理论上讲@@,C2也是越大@@@@越好@@@@.但要考虑@@到@@,当零级点彼此接近@@时@@@@,系统响应速度@@相互抵消@@.从这一点就可以说明@@,我们要及时@@响应的系统@@C1 大@@,至少比@@C2 大@@。
环路稳定的标准@@：
只要在@@增益为@@@@1 时@@(0dB)整个环路的相移小于@@360 度@@,环路就是稳定的@@。
但如@@果相移接近@@@@360 度@@,会产生两个问题@@:1)相移可能因为@@温度@@@@,负载@@及分布参数的变化而@@达到@@360 度@@而@@产生震荡@@;2)接近@@360 度@@,电源的阶跃响应@@(瞬时@@加减载@@)表现为@@强烈震荡@@,使输出@@达到稳定的时@@间加长@@,超调量增加@@.如@@下图所示@@具体关系@@。
所以@@环路要留一定的相位@@裕量@@,如@@图@@Q=1时@@输出@@是表现最好的@@,所以@@相位@@裕量的最佳值为@@@@52度@@左右@@@@,工程上一般取@@45度@@以上@@.如@@下图所示@@:
这里要注意@@一点@@,就是补偿放大@@器@@工作在@@负反馈状态@@,本身就有@@180度@@相移@@,所以@@留给功率部分和补偿网@@络的只有@@180度@@.幅值裕度@@不管用@@上面哪种补偿方式都是自动满足的@@,所以@@设@@计时@@一般不用@@特别考虑@@.由于@@增益曲线为@@@@-20dB/decade时@@,此曲线引起的最大@@相移为@@@@90度@@,尚有@@90度@@裕量@@,所以@@一般最后合成的整个增益曲线应该为@@@@-20dB/decade部分穿过@@0dB.在@@低于@@0dB带宽后@@,曲线最好为@@@@-40dB/decade,这样增益会迅速上升@@,低频部分增益很高@@,使电源输出@@的直流部分误差非常小@@,既电源有很好的负载@@和线路调整率@@。
如@@何设@@计控制环路@@?经常主电路是根据应用@@要求设@@计的@@,设@@计时@@一般不会提前考虑控制环路的设@@计@@.我们的前提就是假设@@主功率部分已经全部设@@计完成@@,然后来探讨环路设@@计@@.环路设@@计一般由下面几过程组成@@:
1)画出已知部分的频响曲线@@.
2)根据实际要求和各限制条件@@确定带宽频率@@@@,既增益曲线的@@0dB频率@@。
3)根据步骤@@2)确定的带宽频率@@决定补偿放大@@器@@的类型和各频率@@点@@.使带宽处@@的曲线斜率为@@@@20dB/decade,画出整个电路的频响曲线@@。
上述过程也可利用@@相关软件来设@@计@@:如@@pspice,POWER-4-5-6.一些解释@@:
已知部分的频响曲线是指除@@Kea(补偿放大@@器@@)外的所有部分的乘积@@,在@@波得图上是相加@@。
环路带宽当然希望越高越好@@,但受到几方面的限制@@:a)香农采样定理决定了不可能大@@于@@1/2Fs;b)右半平面零点@@@@(RHZ)的影响@@,RHZ随输入@@电压@@,负载@@,电感量大@@小而@@变化@@,几乎无法补偿@@,我们只有把带宽设@@计的远离它@@,一般取其@@1/4-1/5;c)补偿放大@@器@@的带宽不是无穷大@@@@,当把环路带宽设@@的很高时@@会受到补偿放大@@器@@无法提供增益的限制@@,及电容零点@@受温度@@影响等@@.所以@@一般实际带宽取开关频率@@@@的@@1/6-1/10
反激设@@计实例@@：
条件@@:输入@@85-265V交流@@,整流后直流@@100-375V输出@@12V/5A
初级电感量@@370uH初级匝数@@:40T,次级@@:5T
次级@@滤波电容@@1000uFX3=3000uF震荡三角波幅度@@@@.2.5V开关频率@@@@100K
电流型控制@@时@@@@,取样电阻取@@0.33欧姆@@
下面分电压型和峰值电流型控制@@来设@@计此电源环路@@.所有设@@计取样点在@@输出@@小@@LC前面@@.如@@果取样点在@@小@@LC后面@@,由于@@受@@LC谐振@@频率@@@@限制@@,带宽不能很高@@.1)电流型控制@@。
假设@@用@@@@3842,传递函数如@@下@@
此图为@@补偿放大@@部分原理图@@.RHZ的频率@@为@@@@33K,为@@了避免其引起过多的相移@@,一般取带宽为@@其频率@@的@@1/4-1/5,我们取@@1/4为@@8K。
分两种情况@@:
A)输出@@电容@@ESR较大@@@@
输出@@滤波电容的内阻比较大@@@@@@,自身阻容形成的零点@@比较低@@,这样在@@@@8K处@@的相位@@滞后比较小@@.Phanseangle=arctan(8/1.225)-arctan(8/0.033)-arctan(8/33)=22度@@。
另外可看到在@@@@8K处@@增益@@曲线为@@水平@@,所以@@可以直接用@@单极点补偿@@@@,这样可满足@@-20dB/decade的曲线形状@@.省掉补偿部分的@@R2,C1。
设@@Rb为@@5.1K,则@@R1=[(12-2.5)/2.5]*Rb=19.4K。
8K处@@功率部分的增益为@@@@-20*log(1225/33)+20*log19.4=-5.7dB因为@@带宽@@8K,即@@8K处@@0dB。
所以@@8K处@@补偿放大@@器@@增益应为@@@@5.7dB,5.7-20*log(Fo/8)=0Fo为@@补偿放大@@器@@@@0dB增益频率@@@@Fo=1/(2*pi*R1C2)=15.42。
C2=1/(2*pi*R1*15.42)=1/(2*3.14*19.4*15.42)=0.53nF相位@@裕度@@@@:180-22-90=68度@@。
输出@@滤波电容的内阻比较大@@@@@@,自身阻容形成的零点@@比较高@@,这样在@@@@8K处@@的相位@@滞后比较大@@@@@@。
Phanseangle=arctan(8/5.3)-arctan(8/0.033)-arctan(8/33)=-47度@@。
如@@果还用@@单极点补偿@@@@,则@@带宽处@@相位@@裕量为@@@@180-90-47=43度@@.偏小@@.用@@2型补偿来提升@@。
三个点的选取@@,第一个极点在@@原点@@,第一的零点@@一般取在@@带宽的@@1/5左右@@,这样在@@@@带宽处@@提升相位@@@@78度@@左右@@@@,此零点@@越低@@,相位@@提升越明显@@,但太低了就降低了低频增益@@,使输出@@调整率降低@@,此处@@我们取@@@@1.6K.第二个极点的选取一般是用@@来抵消@@@@ESR零点@@或@@@@RHZ零点@@引起的增益升高@@,保证增益裕度@@@@.我们用@@它来抵消@@@@ESR零点@@,使带宽处@@保持@@-20db/10decade的形状@@,我们取@@ESR零点@@频率@@@@5.3K。
数值计算@@:
8K处@@功率部分的增益为@@@@-20*log(5300/33)+20*log19.4=-18dB
因为@@带宽@@8K,即@@最后合成增益曲线@@8K处@@0dB
所以@@8K处@@补偿放大@@器@@增益应为@@@@18dB,5.3K处@@增益@@=18+20log(8/5.3)=21.6dB水平部分增益@@=20logR2/R1=21.6
推出@@R2=12*R1=233Kfp2=1/2*pi*R2C2
推出@@C2=1/(2*3.14*233K*5.4K)=127pF.fz1=1/2*pi*R2C1
推出@@C1=1/(2*3.14*233K*1.6K)=0.427nF
相位@@
fo为@@LC谐振@@频率@@@@,注意@@Q值并不是用@@的计算值@@,而@@是经验值@@,因为@@计算的@@Q无法考虑@@LC串联@@回路的损耗@@(相当于电阻@@),包括电容@@ESR,二极管等效内阻@@,漏感和绕组电阻及趋附效应等@@.在@@实际电路中@@Q值几乎不可能大@@于@@4—5。
由于@@输出@@有@@LC谐振@@,在@@谐振@@点相位@@变动很剧烈@@,会很快接近@@@@180度@@,所以@@需要用@@@@3型补偿放大@@器@@来提升相位@@@@.其零@@,极点放置原则@@是这样的@@,在@@原点有一极点来提升低频增益@@,在@@双极点@@处@@放置两个零点@@@@,这样在@@@@谐振@@点的相位@@为@@@@-90+(-90)+45+45=-90.在@@输出@@电容@@的@@ESR处@@放一极点@@,来抵消@@ESR的影响@@,在@@RHZ处@@放一极点@@来抵消@@@@RHZ引起的高频增益上升@@。
188足彩外围@@app 数值计算@@,为@@方便我们把@@3型补偿的图在@@重画一下@@。
兰色为@@功率部分@@,绿色为@@补偿部分@@,红色为@@整个开环增益@@。
如@@果相位@@裕量不够时@@@@,可适当把两个零点@@位置提前@@,也可把第一可极点位置放后一点@@。
同样假设@@光耦@@CTR=1,如@@果用@@@@CTR大@@的光耦@@,或@@加有其他放大@@时@@@@,如@@同时@@用@@@@IC的内部运放@@,只需要在@@波得图上加一个直流增益后@@,再设@@计补偿部分即@@可@@.这时@@要求把@@IC内部运放配置为@@比例放大@@器@@,如@@果再在@@内部运放加补偿@@,就稍微麻烦一点@@,在@@图上再加一条补偿线结束@@。
我想大@@家看完后即@@使不会计算@@，出问题时@@也应该知道改哪里@@。
来源@@：21ic电子@@网@@@@