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本帖最后由 piday123 于 2021-4-21 11:08 编辑 / f" K3 x/ J1 m$ @0 N5 K
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引言
8 f/ z1 d& J) f: J: E" k; i5 D) f6 C6 i0 j9 H7 L
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。* |0 F6 m. T9 [/ y* R
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一些基本知识,零,极点的概念8 G$ f, t9 p& m) P5 t
" o' `( C! h4 M3 r+ u示意图：
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; J# K0 O2 W+ [8 ` x. U* |
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+ Z2 @" }# K9 s7 V' D) V5 L% H: }* P
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, x; l2 F- t4 X) x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.
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( W: F/ P. e7 S# Q' Y$ S. {
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) L% x: a6 D! C5 K1 B7 A, t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.
% {0 n4 x3 |2 T' c! |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。- o j6 {% Y6 H& t$ h4 h
5 x; X- `$ g- _8 R8 x" N
$ Y9 H$ h3 ?3 a, V% ?" K02
) m5 f+ ?+ H' r/ |& A' r单极点补偿" V, J7 _. W# R" X1 T$ D- `4 n
* @# M" y) Q& G5 ~. M/ n( f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.4 g+ [; m4 E- x* d
0 r# y7 D! B4 l* c6 T* `* U
8 Y# ?" r4 n; [- i6 L) g z
# q ~# C' K1 g& k0 R
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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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2 q1 D0 K- z4 e2 Q& D) h( v8 {3 r6 d
) U8 w) m6 B6 f* W
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。
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* m# v3 z& o7 c7 b G
+ B$ h/ X7 X, }5 s; |& kC1 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.
2 t3 p+ R! n& M4 w; F2 H1 FC2 增加了一个高频极点,降低开关躁声干扰.* k8 m. q. v+ F
4 \8 x- u4 v6 v, ]# K. F$ y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.9 U0 l. Z# w, [2 j# s+ H0 [5 Y
+ J- g3 v) X) y' F6 E
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.& h! d+ {3 t) H: `- o6 {1 b
. {8 S Y" e; B% y$ ?( ]
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环路稳定的标准" F- l0 n$ G! M9 B+ x
2 X& G, \0 K$ t. P$ a; v8 V$ @0 `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.7 L* i9 J9 u0 D" g- [
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.
; ^- [* U# u6 c# o7 Q& k0 ?* i( p, ]8 t# t! \
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: U2 w, \2 D, |! i( J `
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:
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5 H) ~* v; M/ s) L, X9 X. j: z# M
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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.
+ s2 o( u: ~% j. h8 S# ?, \
' X0 z4 K% Z7 i5 S& s( m未完，待续……& e, x( t8 O" X$ K+ e( @$ {; i
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发表于 2021-4-21 11:07
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