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本帖最后由 piday123 于 2021-4-21 11:08 编辑
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引言; G% a. L/ z: Z6 Y
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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。% X0 S ^. j# w1 h9 ^( U
, R; H% u. `. j% Q( y( x8 Z5 R; g, `$ l5 z6 a/ l
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; C% }' [3 D* F一些基本知识,零,极点的概念
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/ I- L1 ]/ b9 v2 Y# f! m* E' d. Z示意图：" K r, d! W- K
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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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/ Y d8 O+ o$ v( w z/ M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.. h2 O8 q0 W. ~9 g. _% `! K: T
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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单极点补偿
1 v' Y7 l, s) Y6 W2 g9 l, h2 [1 @1 p' u
9 j: _3 O1 J% A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.
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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.- S4 {6 @* }" k
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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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% r u" B2 x0 T. d* u6 z' FC1 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.
! _3 `( N2 b& k( u6 IC2 增加了一个高频极点,降低开关躁声干扰.
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9 r2 ^2 E* w* c" o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.% S& C1 Z1 S1 `- _/ W9 u+ w. ~, |
$ F" ~1 v' a$ J |( j D- n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.
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环路稳定的标准
. {: I5 x) U0 x) N: B/ v1 D7 p9 B. n7 W+ x& v! f. @# J
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.
( H* v0 D) q0 w1 d4 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.
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0 W4 H6 h* ^3 X, E6 v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:; Z m: Z$ Y8 _* c0 }
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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.
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" m% \9 C, S/ ~! X% J9 k! v4 {未完，待续……
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发表于 2021-4-21 11:07
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