开关电源环路补偿

1、今天作为工程师,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.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方式并且滤波电容

2、的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度以前使其增益降到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。的主要作用是和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增加了一个高频极点降低开关躁声干扰串是增加一他1零黠零黠的作用是减小峰值B寺使系统警JB加快并且朗璟越接近虚轴适种效果越好所以理上是越大越好但要考超箫I量和箫I第寺因悬零黠越距离虚轴越近朗璟零黠修正系数越大而舆超I量和I第寺成

3、正比所以又不能大之考璟零黠要折衷考并是增加一他I及黠级黠的作用是增大峰值寺使系统警JB燮慢所以理上也是越大越好但要考到富零级黠彼此接近寺系统警JB速度相互抵消彳住道一黠就可以明我凭要及寺警JB的系统大至少比大三：环路稳定的标准只要在增益为时整个环路的相移小于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,使输出所以环路要留一定的相位裕量如图时输出是表现最好的所以相位裕量的最佳值为度左右,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

4、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18度0.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时此曲线引起的最大相移为度尚有度裕量所以一般最后合成的整个增益曲线应该为部分穿过在低于带宽后曲线最好为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.四,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.根据实际要求和各限制条

5、件确定带宽频率既增益曲线的频率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:如一些解4已知部分的频响曲线是指除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香农采样定理决定了不可能大于右半平面零点的影响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1/6-1/10五,反激设计实例条件输入交流整流后直流输

6、出初级电感量初级匝数次级次级滤波电容震荡三角波幅度开关频率电流型控制时,取样电阻取0.3欧3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前面如果取样点在小后面由于受谐振频率限制带宽不能很高电流型控制假设用传2递,函数如下此图为补偿放大部分原理图的频率为为了避免其引起过多的相移一般取带宽为其频率的我们取为分两种情况:输出电容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处的相位滞后比较小度另外可看到在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的曲线形状省掉补偿部分的处功率部分的增益为因为带宽即处所以处补偿放大器增益应为为补偿放大器增益频率相2位*裕3度

7、.:1148*01-92.24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处的相位滞后比较大如果还用单极点补偿,则带宽处相位裕量为度4.偏7小=.4用32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/左5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第二个极点的选取一般是用来抵消零点或零点引起的增益升高保证增益裕度.我们用它来抵消零点,使带宽处保持的形状我们取零点频率数值计算处功率部分的增益为因为带宽即最后合成增益曲线所以处补偿放大器增益应为处5增.益3水5平.部3分）增=益2推出推

8、出推出相位为谐振频率注意值并不是用的计算值而是经验值因为计算的无法考虑串联回路的损耗相当于电阻包括电容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值几乎不可能大于一由于输出有谐振在谐振点相位变动很剧烈会很快接近度所以需要用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在输出电容的处放一极点来抵消的影响在处放一极点来抵消引起的高频增益上升元件数值计算,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