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(4)Buck變換器的功率級(jí)小信號(hào)分析
(5)環(huán)路設(shè)計(jì)知識(shí)要點(diǎn)分享
(6)RLC二階電路分析
(7)各種補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)以及Bode圖
(8)s域補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
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(7)各種補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)以及Bode圖

零點(diǎn)的電路形式如下,它就是一個(gè)低通濾波器;

低頻濾波電路

單零點(diǎn)的補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn)方式以及Bode圖如下:

單零點(diǎn)電路以及Bode圖

為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的寬帶寬,通常在積分環(huán)節(jié)之后,總是要加幾個(gè)左半平面的單零點(diǎn)環(huán)節(jié)來(lái)提升系統(tǒng)環(huán)增益的相位,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常這種左半平面零點(diǎn)在開(kāi)關(guān)電源的補(bǔ)償電路中是不可缺少的。它的加入能提升開(kāi)關(guān)電源這種系統(tǒng)的相位裕量,但會(huì)降低對(duì)高頻擾動(dòng)的抑制能力,因此在補(bǔ)償電路中,還要加上相同數(shù)量的左半平面單極點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)高頻擾動(dòng)的抑制能力。

左半平面的單零點(diǎn)環(huán)節(jié)除了會(huì)在開(kāi)關(guān)電源的補(bǔ)償電路中出現(xiàn)以外,在開(kāi)關(guān)電源的功率級(jí)傳遞函數(shù)中也會(huì)出現(xiàn)。例如DCDC功率變換器中因輸出濾波電容ESR所等效的左半平面單零點(diǎn)。這個(gè)功率級(jí)輸出濾波電容所引入的單零點(diǎn)位置,從小信號(hào)穩(wěn)定性考慮,宜低一點(diǎn),也即ESR應(yīng)大一點(diǎn);但從開(kāi)關(guān)紋波考慮,則宜高一點(diǎn),也即ESR應(yīng)小一點(diǎn)。所以功率級(jí)中的輸出濾波電容選取應(yīng)根據(jù)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)要求進(jìn)行折中。


單極點(diǎn)補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn)方式以及Bode圖如下:

單極點(diǎn)電路及Bode圖

其實(shí)我們可以把它看成一個(gè)等效的一階低通濾波器,該一階低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率即為其極點(diǎn)頻率。


為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的寬帶寬,通常在積分環(huán)節(jié)之后,先要加幾個(gè)左半平面單零點(diǎn)環(huán)節(jié)來(lái)提升系統(tǒng)環(huán)增益的相位,然后再加個(gè)左半平面單極點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)康高頻擾動(dòng)的能力。所以這種左半平面單極點(diǎn)在開(kāi)關(guān)電源的補(bǔ)償電路中是不可缺少的。它的加入能大大提高開(kāi)關(guān)電源這種系統(tǒng)的抗干擾能力。但左半平面的單極點(diǎn)環(huán)節(jié)并不是越多越好,在采用光耦隔離的開(kāi)關(guān)電源中,由于光耦的延遲效應(yīng),在光耦電路中往往也會(huì)引入一個(gè)等效的左半平面極點(diǎn),這個(gè)極點(diǎn)的位置與所用的光耦有關(guān),正是由于光耦的這種特性,使得采用光耦隔離的開(kāi)關(guān)電源,所能實(shí)現(xiàn)的帶寬比非隔離開(kāi)關(guān)電源所能實(shí)現(xiàn)的帶寬要低很多。

雙極點(diǎn)的電路形式如下:

雙極點(diǎn)LC電路

雙極點(diǎn)環(huán)節(jié)一般只出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)電源的功率級(jí)小信號(hào)傳遞函數(shù)中,從物理意義上,可以把它理解為一個(gè)二階低通濾波環(huán)節(jié),由于功率變換器要實(shí)現(xiàn)輸出電壓的低開(kāi)關(guān)紋波,所以這個(gè)環(huán)節(jié)的雙極點(diǎn)頻率要低很多,它由功率變換器的開(kāi)關(guān)頻率、輸出濾波電感、輸出濾波電容及其ESR決定。正式因?yàn)槎鄶?shù)功率變換器在CCM下都有這個(gè)雙極點(diǎn)環(huán)節(jié),所以在用電壓型控制的開(kāi)關(guān)電源中,為了能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的無(wú)靜態(tài)誤差,必須在補(bǔ)償方案中先用一個(gè)積分環(huán)節(jié)(引入零頻率極點(diǎn),提高低頻增益),加上積分環(huán)節(jié)后,系統(tǒng)環(huán)增益的最大相位就可能滯后-270度,為了實(shí)現(xiàn)足夠的帶寬,就要再在補(bǔ)償器的合適頻段中,加上兩個(gè)左半平面的單零點(diǎn),來(lái)提升開(kāi)環(huán)增益的相位,單所加的零點(diǎn)會(huì)帶來(lái)電源抗干擾能力的降低,因此還得在零點(diǎn)之后再加一個(gè)左半平面的單極點(diǎn)來(lái)保證開(kāi)環(huán)增益對(duì)高頻擾動(dòng)所需要的抑制能力。由此可以看出,對(duì)于一個(gè)具有二階雙極點(diǎn)的功率變換器,在采用電壓型控制模式時(shí),它的補(bǔ)償器可以選擇為具有下列傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。


單零點(diǎn)雙極點(diǎn)補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn)以及Bode圖如下:

單零點(diǎn)雙極點(diǎn)電路及Bode圖

單零點(diǎn)雙極點(diǎn)一般適用于功率部分只有一個(gè)極點(diǎn)補(bǔ)償。如:所有電流型控制和非連續(xù)方式電壓型控制。零點(diǎn)越低,相位提升越明顯,但低頻增益也越低;極點(diǎn)的選取一般時(shí)用來(lái)抵消ESR零點(diǎn)或RHZ零點(diǎn)引起的增益升高,保證增益裕度。


雙零點(diǎn)三極點(diǎn)補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn)以及Bode圖:

雙零點(diǎn)三極點(diǎn)電路及Bode圖

適用于輸出帶LC諧振的拓?fù)?,如所有沒(méi)有用電流型控制的電感電流連續(xù)方式拓?fù)?。由于輸出有LC諧振,在諧振點(diǎn)相位變化很劇烈,會(huì)很快接近180度,所有需要3型補(bǔ)償放大器來(lái)提升相位。
在原點(diǎn)有一極點(diǎn)來(lái)提升低頻增益,在雙極點(diǎn)處放置兩個(gè)零點(diǎn),這樣在諧振點(diǎn)的相位為-90+(-90)+45+45=-90,在輸出電容的ESR處放一極點(diǎn),來(lái)抵消ESR的影響,在RHZ處放一極點(diǎn)來(lái)抵消RHZ引起的高頻增益上升。
如果相位裕度不夠時(shí),可適當(dāng)把兩個(gè)零點(diǎn)位置提前,也可以把第一個(gè)極點(diǎn)位置放后一點(diǎn)。
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  • 陽(yáng)光帝國(guó) 2020-11-11 09:16
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  • Porterer 2020-10-10 13:06
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