開關(guān)電源環(huán)路補償教學(xué)提綱

1、開關(guān)電源環(huán)路補償精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除今天作為工程師，每天接觸的是電源的設(shè)計工程師，發(fā)現(xiàn)不管是電源的老手，高手，新手, 幾乎對控制環(huán)路的設(shè)計一籌莫展，基本上靠實驗.靠實驗當(dāng)然是可以的，但出問題 時往往無從下手，在這里我想以反激電源為例子（在所有拓撲中環(huán)路是最難的，由 于RHZ的存在）,大概說一下怎么計算，至少使大家在有問題時能從理論上分析出 解決問題的思路.示意圖:雙極點這里給出了右半平面零點的原理表示，這對用PSPICE做仿真很有用，可以直接套用此圖.遞函數(shù)自己寫吧，正好鍛煉一下，把輸出電壓除以輸入電壓就是傳遞函數(shù).bode圖可以簡單的判定電路的穩(wěn)定性，甚至可以確定電路

2、的閉環(huán)響應(yīng)，就向我下面的圖中表示的.零，極點說明了增益和相位的變化單極點補償，適用于電流型控制和工作在 DCM方式并且濾波電容的ESR零點頻率較低的電源.其主要作用原理是把控制帶寬拉低，在功率部分或加有其他補償?shù)牟糠值南辔贿_到180度以前使其增益降到0dB.也叫主極點補償.SR1C1工極媼補信括用于電流型控制和DCM方式的電源、 或其他要求不高的控制90-Yl/2piRlC雙極點，單零點補償，適用于功率部分只有一個極點的補償.如:所有電流型控制和卜雷R2clG(尸 sR1C1(1* SR2C2)非連續(xù)方式電壓型控制.適用T傳建函數(shù) 為單極點的補信 、32pfR2C2 1 2piR2Cl 三極點

3、，雙零點補償.適用于輸出帶LC諧振的拓撲，如所有沒有用電流型控制的電 感電流連續(xù)方式拓撲1 2plR2C2 I 2plR3( i、R2 RI ,V2iiiR?Cl 1 ?plRK3排用于傳播的融 有雙tR點的補信sR1C1(1 fR2C2K14 iRSCJ)C1的主要作用是和R2提升相位的.當(dāng)然提高了低頻增益.在保證穩(wěn)定的情況下是越小越好.C2增加了一個高頻極點，降低開關(guān)躁聲干擾.用驕C1 11是增加一他零黑占，零黑占的作用是減小峰值畤，使系統(tǒng)簪鷹加快，并且 朗琪越接近虛串由遁種效果越好.所以理謫上,C1是越大越好.但要考ft，超湖量 和湖畤用懸零黑占越距離虛率由越近 冏琪零黑占修正系數(shù)Q越大

4、，而Q典超湖量 和湖畤成正比，所以又不能大W恩之告ft朗琪零黑占要折衷考ft .并聊C2 11是增加一他及黑占，級黑占的作用是增大峰值畤，使系統(tǒng)簪鷹建慢.所以 理謫上,C2也是越大越好.但要考到，常零級黑占彼此接近畤，系統(tǒng)簪鷹速度相互 抵消建造一黑占就可以明，我伸號要及畤簪鷹的系統(tǒng)C1大,至少比C2大三：環(huán)路穩(wěn)定的標準.只要在增益為1時(0dB)整個環(huán)路的相移小于360度，環(huán)路就是穩(wěn)定的.但如果相移接近360度，會產(chǎn)生兩個問題：1）相移可能因為溫度，負載及分布參數(shù)的變化而達到360度而產(chǎn)生震蕩；2）接近360度，電源的階躍響應(yīng)（瞬時加減載）表現(xiàn)為強烈震蕩，使輸出達到穩(wěn)定的時間加長，超調(diào)量增加.

5、如下圖所示具體關(guān)系.UM “a捕 Ihc wratf-omrr WUMT1,弧 伶？bj d 1977). kw vmou wig & Q所以環(huán)路要留一定的相位裕量，如圖Q=1時輸出是表現(xiàn)最好的，所以相位裕量的最佳值為52度左右,工程上一般取45度以上.如下圖所示：這里要注意一點，就是補償放大器工作在負反饋狀態(tài)，本身就有180度相移，所以 留給功率部分和補償網(wǎng)絡(luò)的只有180度.幅值裕度不管用上面哪種補償方式都是 自動滿足的，所以設(shè)計時一般不用特別考慮.由于增益曲線為-20dB/decade時,止匕曲 線引起的最大相移為90度，尚有90度裕量，所以一般最后合成的整個增益曲線應(yīng) 該為-20dB/d

6、ecade分穿過0dB.在低于0dB帶寬后，曲線最好為-40dB/decade這 樣增益會迅速上升，低頻部分增益很高，使電源輸出的直流部分誤差非常小，既電 源有很好的負載和線路調(diào)整率.四，如何設(shè)計控制環(huán)路？經(jīng)常主電路是根據(jù)應(yīng)用要求設(shè)計的，設(shè)計時一般不會提前考慮控制環(huán)路的設(shè)計.我 們的前提就是假設(shè)主功率部分已經(jīng)全部設(shè)計完成 ，然后來探討環(huán)路設(shè)計.環(huán)路設(shè)計 一般由下面幾過程組成：1）畫出已知部分的頻響曲線.2）根據(jù)實際要求和各限制條件確定帶寬頻率，既增益曲線的0dB頻率.3）根據(jù)步驟2）確定的帶寬頻率決定補償放大器的類型和各頻率點.使帶寬處的曲線斜率為20dB/decade畫出整個電路的頻響曲線.

7、上述過程也可利用相關(guān)軟件來設(shè)計：如pspice,POWER-4-5-6.一些解釋：已知反饋環(huán)路部分的頻響曲線是指除Kea（補償放大器）外的所有部分的乘積，在波得圖上是相加.環(huán)路帶寬當(dāng)然希望越高越好，但受到幾方面的限制：a）香農(nóng)采樣定理決定了不可能 大于1/2Fs;b）右半平面零點（RHZ）的影響,RHZ隨輸入電壓，負載，電感量大小而變 化,幾乎無法補償，我們只有把帶寬設(shè)計的遠離它，一般取其1/4-1/5;c）補償放大器 的帶寬不是無窮大，當(dāng)把環(huán)路帶寬設(shè)的很高時會受到補償放大器無法提供增益的 限制，及電容零點受溫度影響等.所以一般實際帶寬取開關(guān)頻率的1/6-1/10五,反激設(shè)計實例條件:輸入85

8、-265V交流，整流后直流100-375V輸出12V/5A初級電感量370uH初級匝數(shù):40T,次級:5T次級濾波電容1000uFX3=3000uF震蕩三角波幅度 25V開關(guān)頻率100K電流型控制時，取樣電阻取0.33歐姆下面分電壓型和峰值電流型控制來設(shè)計此電源環(huán)路.所有設(shè)計取樣點在輸出小LC前面.如果取樣點在小LC后面,由于受LC諧振頻率限制，帶寬不能很高.1）電 流型控制假設(shè)用3842,傳遞函數(shù)如下RmWAn*1 1I C為修出電容Ro為負隊屯用此圖為補償放大部分原理圖.RHZ的頻率為33K,為了避免其引起過多的相移般取帶寬為其頻率的1/4-1/5,我們?nèi)?/4為8K.分兩種情況：A）輸出

9、電容ESR較大bllllll 1 I Itllli 111 Hill UWIUI I I Hilli i minI I IUIUI i i iiiiiii+1+H卅I I IIIIIIIUllll卬nu-一丁 Em丁丁 rmn丁丁 EM. I iiiiiii i i iiiiiii iiiiiiii nuiNzfr 巾 mrriTji(f Jyhrt NLHUJJl I UIIJJII I UJIllllI I IIII|Ig100806040200-20*曲番一 8101 00100010000100000 1DOOGOOFrequency(Hzi言色為功率部分，綠色為補償新分，紅色為整個開

10、壞增益,端出電容EW較小.-TI111；20卜kRItltt上44+HHI : 4制1L, _ _ AT口 . . 1 1r 1IIIIIII I- l+lWt卜I IIHNI I 葉卅十-M)1 1 II Hill 1十 TE1WTI IIIIIII I*ttttwt -tIJIIIIIII II IIIIIII I W , !S! V V T tooo十十十沖出1I num I I HiiigiimoIfhWKI(11/53K)氣 1-J33K)G(s)= 19.4*l+s/331000uF 25V ES-歐姆輸出濾波電容的內(nèi)阻比較大，自身阻容形成的零點比較高，這樣在8K處的相位滯 后比較

11、大.Phanseangle=arctan(8/5.3)-arctan(8/0.033)-arctan(8/33)=-4l7.如果還用單極點補償，則帶寬處相位裕量為180-90-47=43度.偏小.用2型補償來提升.三個點的選取，第一個極點在原點，第一的零點一般取在帶寬的1/5左右，這樣在帶 寬處提升相位78度左右，此零點越低，相位提升越明顯，但太低了就降低了低頻增益，使輸出調(diào)整率降低，此處我們?nèi)?.6K.第二個極點的選取一般是用來抵消 ESR 零點或RHZ零點引起的增益升高，保證增益裕度.我們用它來抵消ESR零點，使帶 寬處保持-20db/10decade勺形狀,我們?nèi)SR零點頻率5.3K數(shù)

12、值計算：8K 處功率部分的增益為-20*log(5300/33)+20*log19.4=-18dB因為帶寬8K,即最后合成增益曲線8K處0dB所以8K處補償放大器增益應(yīng)為 18dB,5.3K處增益=18+20log(8/5.3)=21.6dB水平部分增益=20logR2/R1=21.6推出 R2=12*R1=233Kfp2=1/2*pi*R2c2推出 C2=1/(2*3.14*233K*5.4K)=127pF.fz1=1/2*pi*R2C1推出 C1=1/(2*3.14*233K*1.6K)=0.427nF.相位Phanse angle = -47 - 90+arctaix 51 6)-arc

13、tan( 8/5.3)115 度 相位裕度：im“5Y5度.法真圖1，1001C001OT00 IfTOOOO 1000000Frequency ；Hz)L電壓型臥l.，和同樣否計喏冕不修七傳注函忙加下.G” - 26*1 *i f |4-M 3T99 1fo為LC諧振頻率，注意Q值并不是用的計算值，而是經(jīng)驗值，因為計算的Q無法 考慮LC串聯(lián)回路的損耗（相當(dāng)于電阻），包括電容ESR二極管等效內(nèi)阻，漏感和繞 組電阻及趨附效應(yīng)等.在實際電路中Q值幾乎不可能大于45.Gain dB iiiim i i iiHin i 11min i i iimu rTfttiiitt-ritimt一lHhmt十忖

14、t 卅r一 L!l!業(yè)!.!1!業(yè)! 一L!U 即 L.LL!1!1!L.100iww1000V 1UOOOO由于輸出有LC諧振，在諧振點相位變動很劇烈，會很快接近180度，所以需要用3型補償放大器來提升相位.其零，極點放置原則是這樣的，在原點有一極點來提升低頻增益，在雙極點處放置兩個零點，這樣在諧振點的相位為-90+(-90)+45+45=-90.在輸出電容的ESR處放一極點，來抵消ESR的影響，在RHZ處放一極點來抵消 RHZ引起的高頻增益上升.元件數(shù)值計算，為方便我們把3型補償?shù)膱D在重畫一下(I * sR2( no sRK 3)vRlClfl sR2C2HI-R3O)2plR2C2 1

15、印1R3C3I12plR2i ) 2i)iKIC3選用千件地圖數(shù) 有雙橫店的補鐵90-0卜尸乂.-90 1先計結(jié)功率部分8K處的)誓益工 財5 HR1-19 4K，26-401 國至3/0,602也。以875 3A453dB /要得到81c帚寬，補償放大98在眼處.既平頂都分的用益應(yīng)為I*3dB雙零點處用益為！15 33idB從小修圖上可知,此處增益為？mwR2/Rm“薄出I R2-1 51-RWP 3K狀 ”prRl*C3)T505 一13 6 if*l2*pt*R3*C3)-33KR5-355 歐姆?！鳖玆2Cl)YQ5CIfF試產(chǎn)pTR2P2)5 3K C2-lnF核算8K處的相位：18卜艇以8/5.4期蝮8/3期+ - 9&+N，MS以8/0 60瞬盛即53”小蜘(833)卜“2& 相位