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(4)Buck變換器的功率級小信號分析
(5)環(huán)路設計知識要點分享
(6)RLC二階電路分析
(7)各種補償器的設計以及Bode圖
(8)s域補償器設計
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(7)各種補償器的設計以及Bode圖

零點的電路形式如下,它就是一個低通濾波器;

低頻濾波電路

單零點的補償電路實現(xiàn)方式以及Bode圖如下:

單零點電路以及Bode圖

為了實現(xiàn)開關電源的寬帶寬,通常在積分環(huán)節(jié)之后,總是要加幾個左半平面的單零點環(huán)節(jié)來提升系統(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在開關電源的補償電路中是不可缺少的。它的加入能提升開關電源這種系統(tǒng)的相位裕量,但會降低對高頻擾動的抑制能力,因此在補償電路中,還要加上相同數(shù)量的左半平面單極點來增強系統(tǒng)對高頻擾動的抑制能力。

左半平面的單零點環(huán)節(jié)除了會在開關電源的補償電路中出現(xiàn)以外,在開關電源的功率級傳遞函數(shù)中也會出現(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。這個功率級輸出濾波電容所引入的單零點位置,從小信號穩(wěn)定性考慮,宜低一點,也即ESR應大一點;但從開關紋波考慮,則宜高一點,也即ESR應小一點。所以功率級中的輸出濾波電容選取應根據(jù)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)要求進行折中。


單極點補償電路實現(xiàn)方式以及Bode圖如下:

單極點電路及Bode圖

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


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

雙極點的電路形式如下:

雙極點LC電路

雙極點環(huán)節(jié)一般只出現(xiàn)在開關電源的功率級小信號傳遞函數(shù)中,從物理意義上,可以把它理解為一個二階低通濾波環(huán)節(jié),由于功率變換器要實現(xiàn)輸出電壓的低開關紋波,所以這個環(huán)節(jié)的雙極點頻率要低很多,它由功率變換器的開關頻率、輸出濾波電感、輸出濾波電容及其ESR決定。正式因為多數(shù)功率變換器在CCM下都有這個雙極點環(huán)節(jié),所以在用電壓型控制的開關電源中,為了能實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的無靜態(tài)誤差,必須在補償方案中先用一個積分環(huán)節(jié)(引入零頻率極點,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,為了實現(xiàn)足夠的帶寬,就要再在補償器的合適頻段中,加上兩個左半平面的單零點,來提升開環(huán)增益的相位,單所加的零點會帶來電源抗干擾能力的降低,因此還得在零點之后再加一個左半平面的單極點來保證開環(huán)增益對高頻擾動所需要的抑制能力。由此可以看出,對于一個具有二階雙極點的功率變換器,在采用電壓型控制模式時,它的補償器可以選擇為具有下列傳遞函數(shù)的結構來實現(xiàn)。


單零點雙極點補償電路實現(xiàn)以及Bode圖如下:

單零點雙極點電路及Bode圖

單零點雙極點一般適用于功率部分只有一個極點補償。如:所有電流型控制和非連續(xù)方式電壓型控制。零點越低,相位提升越明顯,但低頻增益也越低;極點的選取一般時用來抵消ESR零點或RHZ零點引起的增益升高,保證增益裕度。


雙零點三極點補償電路實現(xiàn)以及Bode圖:

雙零點三極點電路及Bode圖

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。由于輸出有LC諧振,在諧振點相位變化很劇烈,會很快接近180度,所有需要3型補償放大器來提升相位。
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。
如果相位裕度不夠時,可適當把兩個零點位置提前,也可以把第一個極點位置放后一點。
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  • 陽光帝國 2020-11-11 09:16
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  • Porterer 2020-10-10 13:06
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