针对Buck变换器所等效的二阶LC低通滤波器的传函,我们采用Type 3型补偿器来进行补偿。具体补偿的原则是:系统需要在低频段存在一定的开环增益,才能对这些频率段的扰动产生抑制作用。但为了保证系统的稳定性,还需要限制带宽,使得频率增加时减小开环增益。此外,为了获得足够的相位裕度,需要减小穿越频率处的相位滞后,通常设计环路增益在穿越频率处具有-1的斜率,也就是系统在穿越频率fc前后具有单极点响应特性。但同时,当相位滞后达到180度时,环路增益必须足够低以保证良好的增益裕度。因此,为了加快系统在穿越频率fc后的增益衰减以确保足够的增益裕度,通常在穿越频率点后设置系统的第二极点。一般在理论上为了不影响穿越频率,将第二个极点放在10倍穿越频率处,为什么?因为相移在1/10极点频率处就开始。由于增益是以-1的斜率穿越0dB,所以产生的最大相移为-90°,这样系统的相位余量偏大,需要将相移减小,工程上满足45°即可。所以需要将第二极点的频率提前,可以将第二极点放在穿越频率处,这样会在该频率处产生45°相移,还有90-45=45°的余量,但是穿越频率会受到影响(减小),所以该极点需要进行合理设计。
这样,可以看到双极点的配置,它包括一个0dB的穿越极点w0和一个高频极点w2,可以近似表达为:
穿越频率附近可以近似为二阶系统的带补偿变换器的典型开环响应如下:
我们先来看整个电压控制的电路图:
VMC控制框图
Buck电压环等效控制框图为:
控制框图
现在我们已经知道控制d到输出Vo的传递函数了,那么同时就要把Hv(s),Fm和ZOH的传递函数找出来,开环传递函数T(s)= Hv(s)*Gvc(s)*Fm*ZOH.后面我将通过DCDT来进行设计。
另外需要说明的是,在进行S域补偿设计时,一定要考虑延时的影响。延时主要由硬件延时、采样延时、软件计算延时等组成,虽然延时对开环特性的增益不会产生影响,但是对相位有比较大的影响。我会在在s域转z域设计篇章时介绍。
附s域设计计算书