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谈谈开关电源的环路计算和环路补偿及如何稳定性设计
阅读: 20430 |  回复: 36 楼层直达

2011/07/04 15:11:23
1
344020199
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LV6
团长

QQ截图20160321155901   精彩只为你准备!电源网论坛2018年年终盘点

QQ截图20160321155901 【每周更新】拒绝弯路!管理员用心整理的有含金量的帖子


谈谈开关电源的环路计算和环路补偿及如何稳定性设计:

在开关电源的设计过程中, 控制环路的设计至关重要, 甚至可以决定电源的成败.

标签 开关电源
2011/07/04 15:11:46
2
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长

回顾我们在学校学习过的控制理论知识便知,所有控制系统均可以通过传输函数模块得到简化。峰值电流模式控制电源转换器中的电压控制环路也不例外。电压环路 (TV(f)) 可以简化表示为不同传输模块的积(请参见图 1)。首先是功率级控制输出传输函数 (GCO(f)),其表示为输出电压变化 (VOUT) 与控制电压变化 (VC) 的比。请注意,该模块实际为脉宽调制 (PWM) 调制器增益 (K) 和电源输出滤波器增益 (GF(f)) 的组合。其次通常为控制传输函数 (GC(f)) 的输出有时称作补偿传输函数,可以表示为 VCVOUT 变化的比。如果使用了光隔离器,则也会有一个传输函数模块 GOPTO(f),其位于模块 K –GC(f) 模块之间的连线上。

 

 

2011/07/04 15:12:35
3
344020199
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LV6
团长

实现稳定性的一般原则

 

在电源控制环路 (TV(f))中,当环路为 180 度相位差时,其相当于交换反馈网络 (GC(f)) 所用运算放大器的输入极性。如果这种情况出现在反馈环路有一个环路增益时的电压环路交叉,则其会变得不稳定并突然开始振荡。为了保证不出现这种情况,我们一般在电压环路交叉设计 TV(f) 45 度的相位裕量 (PM)。在大多数开关模式电源中,控制环路最终都会接近 180 度相移。为了确保其不会导致环路不稳定性,我们一般针对大于 6 dB 的增益裕量 (GM) 来设计,以确保 TV(f) 180 度相差时控制信号衰减。评估控制环路 (TV(f)) 时,相位裕量可读作交叉期间的相位量。增益裕量可通过传统方法计算得到,环路为 180 度相位差时,dB 增益为0 dB。增益及相位裕量原则是卓越控制环路设计的一个重要内容。

1.  电压环路交叉时 PM ≥ 45
a.
环路增益 (TV(f)) 振幅为 10 dB 时。

2.  GM=0dB-180 度相移时的增益 > 6 dB

2011/07/04 15:13:00
4
344020199
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LV6
团长

电压环路交叉 TV(f) 应在何处

 

根据尼奎斯特 (Nyquist) 定理,要获得电压环路稳定,交叉频率 (fc) 需小于二分之一转换器开关频率 (fs)

在峰值电流模式控制中,电压环路应在 GCO(f) 中出现的双极点以前在十倍速频程 (decade) 范围内交叉。根据所用拓扑,该双极可能出现在二分之一开关频率以下。使用网络分析仪,让设计人员可以准确地知道双极点出现的位置。

2011/07/04 15:13:33
5
344020199
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LV6
团长

错误观念

 

加速小信号电压环路 TV(f) 可减少输出电容组。请记住,大多数开关模式电源中都有一种可抑制突然电流变化的电感。大信号电流跃迁会通过 COUT COUT RESR。要达到大信号瞬态规范,要求选择 COUT RESR 来延迟和抑制大电流负载瞬态。在选择设计要求的输出滤波器电容时,下列方程式应会有所帮助。变量 ITRANSIENT 为大信号瞬态电流负载阶跃,而变量 dt 为输出电容抑制大信号瞬态的预计时间。变量 IAVERAGE 为负载阶跃以后的平均电流。极端情况是从零负载阶跃到全负载状态。这些方程式让 RESR承受了 90% 的负载瞬态,另外 10% COUT 承担。

2011/07/04 15:13:49
6
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长

 最后,我们来谈下如何来调整反馈环路的参数:

2011/07/04 15:28:09
7
344020199
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LV6
团长

给份资料:

反饋運算放大器的穩定性分析及補償技術 

2011/07/04 15:31:42
8
344020199
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LV6
团长
纠缠不休的环路补偿 
2011/07/04 15:38:07
9
梁川
电源币:0 | 积分:0 主题帖:15 | 回复帖:96
LV5
营长
記下了
2011/07/04 16:19:31
12
344020199
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LV6
团长
OB 开关电源环路设计与计算 
2011/07/04 16:02:18
11
hk2007
电源币:437 | 积分:0 主题帖:14 | 回复帖:685
LV8
师长
不错的资料,顶起……
2011/07/04 15:52:58
10
javike[荣誉版主]
电源币:2919 | 积分:67 主题帖:170 | 回复帖:3093
LV12
元帅

顶起!

2011/07/04 16:22:18
13
344020199
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LV6
团长

作为应用工程师,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.

我想请高手出来告诉大家实际应该如何去调

2011/07/04 16:27:34
14
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长

我发现好多计算出来的结果在实际中根本不行!

怎么解释?

2011/07/04 16:44:40
15
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长

2011/07/05 07:41:58
16
mark jia
电源币:54 | 积分:0 主题帖:161 | 回复帖:473
LV8
师长
难呀 
2011/07/05 09:11:48
17
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长

我再上两图.说说他们的区别,各自增益是,?他们传输函数是?

2011/07/05 09:12:16
18
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长

图一

 

2011/07/05 09:12:52
19
344020199
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LV6
团长

图二

   

2011/08/04 18:44:49
28
wei520
电源币:2 | 积分:0 主题帖:84 | 回复帖:154
LV6
团长
关注中
2012/08/24 12:44:22
31
黄毛
电源币:0 | 积分:0 主题帖:10 | 回复帖:23
LV4
连长
你好啊,打扰一下你啊。我现在也是刚刚开始学习反馈环路的设计啊,但对于很多控制方面的知识,以及零点等都一窍不通,想问下你有什么好的书籍是有介绍到这方面的知识的啊。谢谢
2012/08/24 14:52:10
32
xiaoliangyl
电源币:199 | 积分:0 主题帖:2 | 回复帖:27
LV3
排长

黄毛兄,21世纪电源网中的黄毛也是你的ID吧,那边已经有回复你了

2012/08/24 15:22:07
33
黄毛
电源币:0 | 积分:0 主题帖:10 | 回复帖:23
LV4
连长
好的,谢谢你。我刚刚看到
2019/02/11 20:07:08
37
power_0
电源币:1 | 积分:6 主题帖:4 | 回复帖:5
LV3
排长
你好,我在21世纪电源网上找不到与你有关的帖子,与这方面的书籍能否截个图,谢谢
2011/07/05 09:13:51
20
344020199
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LV6
团长

有高手可以解析的吗?

可以,给个增益 及相位图吗?

 

2011/07/07 11:39:06
21
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长
看来.高手都休息去了
2011/07/08 09:07:32
22
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长

哎,看来只有靠自己了

 

2011/08/03 01:11:13
23
出于蓝Z
电源币:0 | 积分:0 主题帖:14 | 回复帖:19
LV4
连长

我发现的却别就是下图比上图多了两个电阻,在模拟课本上,都说在运放输入前接一个电阻可以起到改善  ……特性,至于计算公式,相位图我也给不出来

占位坐等高手来!

2011/08/03 09:02:18
24
ysun
电源币:68 | 积分:0 主题帖:12 | 回复帖:190
LV6
团长
占位
2011/08/03 09:47:43
25
cfbbao
电源币:1 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:48
LV4
连长

先mark,看得懂的时候再来……

2011/08/04 16:58:34
27
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长
           
2011/08/03 10:16:32
26
344020199
电源币:191 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:96
LV6
团长
运放输入前接一个电阻.只不过是运放的增益该变了而以吧,我想应该是这样的!
2011/11/03 14:42:36
29
ice007
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:4
LV1
士兵
坐等高手出现。。。。
2012/08/24 18:32:09
34
zy21
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:5
LV1
士兵

有点困惑,硬着头皮推一下,感觉理解还不到位。还请高手解惑:

以CV环为例,Vout为op输出:

不加R22B:dVout/dVled+=(1+sR36C11)/sR29C11

加上R22B:dVout/dVled+≈(1+sR36C11)/[s(R29+R22B)C11]

由于R22B<<R29,差别似乎不大。

 

但以CC环为例的话(忽略R22C13滤波器以方便分析):

不加R22A:dVout/dIled=(1+sR32C10)/sC10

加上R22A:dVout/dIled≈[(R3||R5)/R22A ]* [(1+sR32C10)/sC10]

由于R3||R5<<R22A,加上R22A后的增益减小了很多。这样的话实际使用会不会有影响?

考虑R22C13的话,情况可能更复杂?

 

理解不到其中的含义,有点头晕了。。。

2011/11/08 13:54:33
30
fanjiao60
电源币:237 | 积分:0 主题帖:3 | 回复帖:115
LV5
营长
haotie
2014/04/02 10:01:01
35
nealzeng
电源币:38 | 积分:0 主题帖:5 | 回复帖:7
LV2
班长
楼主你好,我最近在看环路补偿的东西,TYPE 3型补偿说是可以用TL431型的补偿来实现,可是具体是怎么实现的看不懂,他们之间哪个元件对应哪个元件?环路的TL431型的3型传递函数又怎么算?谢谢啦!!!

2014/05/08 09:11:55
36
小兀军
电源币:7 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:15
LV2
班长

很有用啊 

最近也在做这方面的研究

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