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本帖最后由 piday123 于 2021-4-21 11:08 编辑
' t) x$ r( p: h: M4 ]# F
; F* k6 e& I4 y+ V引言) K& ?( p$ L2 F1 n
! Z6 F# [+ {3 Y; u( h; \& W) m
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。
. C9 I* u& q, c6 D/ ], A( P R1 `
3 ^( m- ]8 M1 `( |- y4 M( W7 ?3 s0 S# C, I0 ^6 |2 h. n
016 }& r% P: g2 X5 q5 O1 {2 J
一些基本知识,零,极点的概念% T! }0 N( k- o. e
: U% T, R# ^/ I0 w
示意图：" l( _; y" D; q% m
+ j. g% v- [" u) J4 V5 `* b
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E1 u8 G" [% C3 m
& m2 G1 c8 z- T" D0 v
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~1 M! z' T: `: q7 g
w3 ~1 E: Y0 e5 A& l/ n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.
5 S# [' c. u+ Q1 C9 J- D! x
3 J- P/ A' M. D2 ]8 N
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& }8 n4 W1 Z- A8 S+ b8 O% Z2 U# L8 w8 `0 h3 c) ]
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.) k; |8 ], ?' J
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。
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# O4 R) K- y$ f1 k7 s# Z% t" O) d9 J
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: d0 A; x' a# U单极点补偿: t: N6 w% b D2 |9 L' N
3 h4 g' ~6 G# B! y
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.$ l$ h/ q+ x* Y0 u8 N
1 g; c8 |- g5 O, o6 J
5 }: R5 T3 y/ `! [
. x- j1 F1 H2 V4 K
" L4 a, D* }7 r% Q( h( p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.
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8 ?9 _& f: O z( I5 M2 ]: ]8 a+ h
+ ]( p% E; z/ L( A! ?8 [. Q( @3 `) S- r4 S
% ] \/ k Z8 V& g2 T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。+ n, W/ V1 Q1 z4 X6 d4 C
4 h5 Q$ F* D# ]4 M" D
+ \8 h" M5 r0 h* W. D* M7 h0 S
. B) b% p R" R; Z6 N, Q! C
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.6 l* c' ]6 e' S+ {
C2 增加了一个高频极点,降低开关躁声干扰.
5 n5 |8 W9 j9 |9 D. a' B) I3 t0 f6 B2 N2 H
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,并且死循环越接近虚轴,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,死循环零点修正系数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,考虑死循环零点要折衷考虑.
5 X# L7 w8 o' L5 D# [7 [, f. ]% `7 e' u& f$ a3 ~
并联C2 实质是增加一个极点,极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,当零极点彼此接近时,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.& F4 ]) D- m5 l8 d
) T, Z5 I, v( t2 f- K) ]; G
( \1 }+ ?! j, P; q* p" K03, {& P! ]2 J' C% U/ j- w" ^
环路稳定的标准& ^* A, Q3 ~9 p! R
! K! V: w1 v# C9 `8 f. a
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.
9 ^, [, U: ^$ m& P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.% j* ^- a0 g# J4 y# F1 ?% y
' w+ i' f" R' }& {* T8 X
! V! p% F- v* b6 h
& P' H/ `! J' }
3 k: h( H+ y. D" G( k1 p
4 @; j8 Y* i/ b! R8 z
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:$ p$ T ?8 L$ o" u; f z
& H% H7 M9 r7 b; T, ~5 L% P
- R9 p( J# S6 [7 u- V R: w1 R J
?$ P* d1 B( g- }1 ?; l. G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.
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未完，待续……) u- c4 l. c$ l- Z% a9 I
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发表于 2021-4-21 11:07
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