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数字控制及特种控制

  • 2006-07-21 08:27
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  • 总算轮到有时间考虑数字控制及其他一些控制的分析方法了.没亲手做过数字电源,希望大家有什么好的参考书,资料提供一下.
    计划先看一下数字控制的基本常识;在了解一下目前的基于DSP芯片的现状及对设计的局限;读一些控制方法的文章;考虑一下模拟控制和数字控制的适用条件;数字控制系统的仿真;隔离反馈dsp程序要实现的功能块,软件框图,算法及编程;电源系统完成后,回路的测试及稳定性评估.
    对于特种控制想说的是相对于传统的带宽控制设计及稳定性分析方法不同的方法.在于快速响应pfm和V2控制有优点,用什么去分析,还是传统的带宽分析或其他方法?研究一下状态轨迹控制法;顺便看一下非隔离多相耦合提高动态响应速度;滤波模块提高的负载动态瞬变的响应速度的原理.
    先找到一个网站,看一下基础知识:http://www.engin.umich.edu/group/ctm/digital/digital.html
    看到有卖动态系统的数字控制(Digital control of dynamic systems,Franklin ),想买一本看看.

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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    LV.1

    2006-07-29 12:40

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    本想先研究数字控制在研究快瞬变控制,但有可能要做一个快响应非隔离的东西,就先看一下.
    传统的控制方法在fundamentals_of_power_electronics中给出了推导;
    在http://bbs.dianyuan.com/topic/5589中介绍了写出仿真模型的方法和写出传递函数进行分析的例子.

    Ridley的博士论文有对电流模的采样保持的分析,可惜没有他的论文,但在他公司网上An Accurate and Practical Small-Signal Model for Current-Mode Control有介绍,并且national 等公司就这个模型给出了buck 电路的例子.在A New Continuous-Time Model for Current-Mode Control with Constant On-Time, Constant Off-Time, and Discontinuous Conduction Mode给出更多的模型.

    建模时如果对PWM的采样在频谱上的特性没有考虑,只是低频下(小于0.5fs)比较精确,但对快响应的控制如果想把带宽设计的更宽,仿真或计算的模型就不大准确.2004 APEC 中Control-Loop Bandwidth Limitations for Multiphase Interleaving Buck Converters 基于PWM采样引起的频谱变化的思路,给出控制带宽的限制.单项电路在fs附近急剧变化.多相电路边带效应抵消,可以使带宽设计的更高.但注意各相之间的相差对称才能抵消好.但在电流模中,同样受电流模的采样保持特性的约束,幅值相交在fs附近急剧变化.指明simplis仿真的真实性.

    在多回路反馈时候测试,衡量系统的稳定性,在哪测量或注入扰动?倾向于在能够把各个支路都综合在一起的地方测.但有些前馈直接形成斜率补偿的,就没有有效的办法了.看simplis 的了.如果数字控制还要其他方法,以后再说.

    在2002 的APEC, Design Considerations for VRM Transient Response Based on the Output Impedance中提出设计VRM等效成内阻R0的电压源,在不用大量输出电容的情况解决负载瞬变的问题.但由于Cesr, Lr的限制,不适于电压模控制;电流模如果Cesr zero太高,也没法做到恒定的Zout,滤波电感也要选取适当的值.

    Astec也提出通过在负载和地之间切换电感电流的流向的办法,提高负载瞬变响应.

    下面看一下V2控制.在A New Control for Multi-phase Buck Converter with Fast Transient Response文中提出onsemi的芯片结合了峰值电流模和V2控制.输入电压的变化直接反应在峰值电流模的电流斜坡,输出电流的瞬变由输出电压直接的调节电流反馈斜坡的电平.但V2控制的输出不好用ESR太小的电容;在off状态,对输出电流瞬变没反应.
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    LV.1

    2006-08-04 10:56

    @

    对于快速控制,linear, national, maximum都设计了constant on-time 芯片,没仔细看,感觉核心是设计比较小的constant on-time,在动态时,得到好的结果.
    手中也没有vicor的滤波模块资料.谁有,介绍一下.
    另外,状态轨迹控制法是目前了解的最好的解决瞬变问题办法.简单的想法是如果开关正开着,有负载瞬变,那就要么不关或立即关断开关直到达到所需的电流.如果开关正关着,同理直到达到所需的电流.
    先看一个对状态轨迹的简单介绍:http://www.smpstech.com/tutorial/t03top.htm#SWITCHINGMODE
    以上讨论的都只定性的题了一下,为了节约时间,有些定量的计算仿真,电路的实现以后有时间或有合适的项目在做.下面转回数字控制.
    刚看到pola联盟的ti提出turbotrans的技术,谁能介绍一下?
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    LV.1

    2006-08-12 08:15

    @feelbetter

    对于快速控制,linear, national, maximum都设计了constant on-time 芯片,没仔细看,感觉核心是设计比较小的constant on-time,在动态时,得到好的结果.
    手中也没有vicor的滤波模块资料.谁有,介绍一下.
    另外,状态轨迹控制法是目前了解的最好的解决瞬变问题办法.简单的想法是如果开关正开着,有负载瞬变,那就要么不关或立即关断开关直到达到所需的电流.如果开关正关着,同理直到达到所需的电流.
    先看一个对状态轨迹的简单介绍:http://www.smpstech.com/tutorial/t03top.htm#SWITCHINGMODE
    以上讨论的都只定性的题了一下,为了节约时间,有些定量的计算仿真,电路的实现以后有时间或有合适的项目在做.下面转回数字控制.
    刚看到pola联盟的ti提出turbotrans的技术,谁能介绍一下?
    对快速控制在说几句:电压控制的PWM误差放大输出与三角波比较,得到占空比,但有三种形式的三角波,后下降檐Trailing edge;前下降檐Leading edge;拖尾下降Trailing triangle,后下降檐在off以后要等到下一个周期,前下降檐在on以后要等到下一个周期,在这期间如果负载瞬变则没响应,拖尾下降对于这个问题比较有利.这三种三角波及电流采样形式的不同组合,在电流控制中的稳定性也得到不同结果,以后在数字控制中再提.

    V2利用电压纹波反映电流改变参与反馈,改善负载瞬变,前面提到如果电容的阻抗太小,可能有噪声的干扰,但在电感上也可以提取电流的信号,加快反应速度.
    Intersil对这两种方法提供了芯片.
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    LV.1

    2006-08-14 11:14

    @

    先读一些文章,在Quantization Resolution and Limit Cycling in Digitally Controlled PWM Converters中指出在一个如图的数字控制系统中limit cycle 问题,
    先了解一下Limit cycle,大致就是由于量化引起的抖动.
    Limit cycle: http://cnx.org/content/m11928/latest/
    http://homes.esat.kuleuven.be/~rombouts/dspII/transp2005-2006/lecture4.ppt
    大范围极限周期由于溢出引起,小范围极限周期由于量化造成.
    no limit cycle 条件是:
    1.DPWM 的分辨率大于ADC.使占空比停留在ADC误差能够允许的范围内.
    2.有积分项Ki,  0 < Ki < 1.使ADC的输出保持相对稳定值.
    3.这个没看懂,大概由数字量化造成的.(谁能给解释一下最好了).在corolado大学找到Modeling of quantization effects in digitally controlled dc-dc converters解释了这个问题.
    文中进一步提出加抖动改善对DPWM分辨率的要求.

    本以为这是数字控制必须遵守的法则,但可以用非线性等方法解决分辨率问题.这个文章的准则3可操作性不强.这也是我不深究的原因.
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    LV.1

    2006-08-14 17:49

    @feelbetter

    先读一些文章,在Quantization Resolution and Limit Cycling in Digitally Controlled PWM Converters中指出在一个如图的数字控制系统中limit cycle 问题,
    先了解一下Limit cycle,大致就是由于量化引起的抖动.
    Limit cycle: http://cnx.org/content/m11928/latest/
    http://homes.esat.kuleuven.be/~rombouts/dspII/transp2005-2006/lecture4.ppt
    大范围极限周期由于溢出引起,小范围极限周期由于量化造成.
    no limit cycle 条件是:
    1.DPWM 的分辨率大于ADC.使占空比停留在ADC误差能够允许的范围内.
    2.有积分项Ki,  0 < Ki < 1.使ADC的输出保持相对稳定值.
    3.这个没看懂,大概由数字量化造成的.(谁能给解释一下最好了).在corolado大学找到Modeling of quantization effects in digitally controlled dc-dc converters解释了这个问题.
    文中进一步提出加抖动改善对DPWM分辨率的要求.

    本以为这是数字控制必须遵守的法则,但可以用非线性等方法解决分辨率问题.这个文章的准则3可操作性不强.这也是我不深究的原因.
    呵呵,一些文章的作者还是有些心得.
    但轻易的把自己没认识到的东西归结于噪声怕是失之谎谬.
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    LV.1

    2006-08-14 18:20

    @小学生

    呵呵,一些文章的作者还是有些心得.
    但轻易的把自己没认识到的东西归结于噪声怕是失之谎谬.
    第5贴中没说什么“东西归结于噪声”,请指明.
    如果你指的是其他贴中V2控制对电容上采样的问题,我的认识是,电容上信号引入控制,
    首先当然是要控制这个信号的幅值,如果Cesr太小,纹波太小,满足不了要求.加放大则对放大器的带宽要求太高.
    另外,纹波太小,PCB铜箔引线耦合的噪声占的比重大,信号就不可用了.我认为这个是不好用主要原因.
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    2006-08-17 10:05

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    Predictive Digital Current Programmed Control中提出
    适当的脉宽调制方法可消除在数字谷值,峰值和平均电流控制中的次谐波震荡 (电流在第n周期的初始扰动,通过d(n+1)的调整,在第n+1周期调整到参考值ic).

    在占空比控制公式中,L, Vout, fs需要被确定.电流的扰动的传递与(L,Vout 的扰动)/(L,Vout), 实际中比较容易满足.
    占空比控制公式推广到buck,boost,buck-boost中,有统一公式:

    其中m1,m2为电感电流的上升和下降的比率
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    2006-08-24 09:05

    @

    3 digital current-mode controller DC-DC converters文中给了一个实际的电流数字控制的例子.首先给出平均电流模的控制到输出的传递函数.然后对no limit cycling进行了具体的讨论.
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    2006-08-25 14:49

    @feelbetter

    3 digital current-mode controller DC-DC converters文中给了一个实际的电流数字控制的例子.首先给出平均电流模的控制到输出的传递函数.然后对no limit cycling进行了具体的讨论.
    很感兴趣,请继续.
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    LV.1

    2006-08-29 12:32

    @

    Dead-Zone Digital Controller Power Factor Preregulators Power Factor Preregulators 文中提出的dead-zone办法,有效解决pfc输出低频的二次纹波对反馈回路不好影响.用死区滤除低频的二次纹波.既保证了输出稳定,也可以保证在动态时较高反应带宽.数字控制对于非线性的控制方法真是方便,dead-zone的设定只是几行code就搞定,实际输入电流波形明显改进.
    上面的非线性控制的稳定判据是个问题Stability of the fast voltage control loop in power factor correctors文中的circle criterion 可用来分析时变,非线性与线性反馈结合的系统.
    首先把系统分成线性部分和非线性部分.在pfc控制中非线性部分得出控制平面的不稳定边界,由线性补偿在复平面做出Nyquist轨迹,如果轨迹远离不稳定区则系统稳定.
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