DC DC模塊電源的反饋電路和設(shè)計方法

DC DC模塊電源的反饋電路和設(shè)計方法 反饋電路 feedbackloop 的基本概念 閉環(huán)控制和負反饋拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)波特圖 BodeCurve 穩(wěn)定性判據(jù)波特圖的測試基本電路的傳遞函數(shù)反饋回路的設(shè)計 自動控系統(tǒng)的基本形式 控制器 被控對象 輸入量 控制量 輸出量 開環(huán)控制系統(tǒng) 控制器 被控對象 輸入量 控制量 輸出量 閉環(huán)控制系統(tǒng) 誤差量 反饋環(huán)節(jié) 反饋量 自動控系統(tǒng)的基本形式 控制器1 被控對象 輸入量 控制量 輸出量 雙環(huán)控制系統(tǒng) 誤差量 反饋環(huán)節(jié) 反饋量 控制器2 反饋環(huán)節(jié) 輸入量1 誤差量1 內(nèi)環(huán)反饋 輸出量Vo 輸入量 反饋量 控制量Ve 控制量If 控制量D 內(nèi)環(huán)反饋量 內(nèi)環(huán)輸入量 SmallSignalAnalysisandTransferFunction PIController OpticCoupler PWM PowerStage ModelingDC DCConverterwithSmallsignalAnalysis 自動控制系統(tǒng)需分析解決的問題 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性問題是任一自動控制系統(tǒng)能否實際應(yīng)用的必要條件 自動控制理論應(yīng)給出影響穩(wěn)定性的因數(shù) 并給出各種因數(shù)引起穩(wěn)定或不穩(wěn)定的范圍 穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 即在穩(wěn)態(tài)情況下 控制系統(tǒng)控制的準確程度 以及控制系統(tǒng)對各種干擾的抑制能力 動態(tài)響應(yīng) 當輸入量改變或者有干擾引入后 控制系統(tǒng)以多快以及怎樣的方式達到新的穩(wěn)定狀態(tài) 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學描述 變換環(huán)節(jié) c t r t 常微分方程描述 拉普拉斯變換 當時拉普拉斯變換即為傅立葉變換 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學描述 變換環(huán)節(jié) r t c t 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學描述 G s R s C s G1 s R s C s G2 s G2 s R s C s G1 s R1 s 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學描述 傳遞函數(shù)G s 所有控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)均為一有理多項分式 其中s為復數(shù) 傳遞函數(shù)G s 的零點 即復數(shù)方程的根 即使G s 為零的s的取值 傳遞函數(shù)G s 的極點 即復數(shù)方程的根 即使G s 為無窮大的s的取值 G s R s C s 反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 G2 s R s C s G1 s R1 s G s G1 s G2 s 稱為反饋回路的開環(huán)傳遞函數(shù) 可以通過分析G s 的行為來考察反饋回路的穩(wěn)定性 即當G s 1或接近 1時系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定 開環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻特性 波特圖 開環(huán)傳遞函數(shù)穩(wěn)定性判據(jù) 相位在低頻段趨向于180度 即保證系統(tǒng)是負反饋系統(tǒng) 在增益大于0的區(qū)間 相位必須大于0度 在相位等于或接近0度時 增益必須小于0 開環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻特性的測量 G2 s R s C s G1 s R1 s 如何測得開環(huán)傳遞函數(shù)G s G1 s G2 s G2 s R s C s G1 s R1 s A B A B f 網(wǎng)絡(luò)分析儀 G s A s B s A B 輸出量Vo 輸入量 反饋量 控制量Ve 控制量If 控制量D 內(nèi)環(huán)反饋量 內(nèi)環(huán)輸入量 BA Source 常見電路的傳遞函數(shù) R C L 復祖抗 傳遞函數(shù) 常見電路的傳遞函數(shù) R C Ui Uo 一階極點 常見電路的傳遞函數(shù) C Ui Uo R2 R1 一階極點 一階零點 常見電路的傳遞函數(shù) C Ui Uo L R 二階極點 光耦電路的傳遞函數(shù) ton 1 5ustoff 5 10us CTR Ic IfTL181CTR 1 2 光耦電路的傳遞函數(shù) 一階極點 積分器的傳遞函數(shù) C Ui Uo R R1 Vref PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) C1 Ui Uo R2 R1 R3 Vref PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) C1 Ui Uo R2 R1 R3 Vref C2 當時 PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計原則 C1 Ui Uo R2 R1 R3 Vref C2 零點憑率為1 R1C1 極點頻率為1 R1C2 零點頻率必須小于極點頻率 即C2 C1R2僅與增益有關(guān) 與零極點無關(guān) R3與反饋特性無關(guān) 僅與電壓設(shè)置有關(guān) 開關(guān)電源反饋電路的設(shè)計 分析固有電路 包括主功率電路 PWM控制器 光耦等 的相位極性 確定控制器的極性 保證負反饋連接 確定固有電路的極點分布情況 一般有輸出濾波器的二階極點 光耦的一階極點 功率電路的特殊極點等 設(shè)計反饋控制器 選擇適當?shù)牧泓c補償頻率最低的極點 一般補償1 2個極點 補償?shù)臉O點越多系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)越好 確定反饋控制器的增益 以獲得最大的帶寬 同時保證足夠的增益裕度和相角裕量 在無法準確估計系統(tǒng)增益的情況下 可嘗試較小的增益設(shè)計 以使系統(tǒng)穩(wěn)定 再嘗試較大的增益 以獲得良好的動態(tài)性能 二階極點 一階極點 一階極點 零點 零點 零點 開關(guān)電源反饋電路產(chǎn)生震蕩的原因 零極點發(fā)生偏移 極點往低頻段偏移 或增加了新的極點都有可能導致系統(tǒng)不穩(wěn) 系統(tǒng)增益發(fā)生變化 如光耦的增益發(fā)生變化 PWM控制器的三角波斜率發(fā)生變化 消除震蕩的方法 降低控制器的增益