開關(guān)電源控制環(huán)路如何設(shè)計(jì)

1. 緒論

　　在開關(guān)模式的功率轉(zhuǎn)換器中，功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間是根據(jù)輸入和輸出電壓來調(diào)節(jié)的。因而，功率轉(zhuǎn)換器是一種反映輸入與輸出的變化而使其導(dǎo)通時(shí)間被調(diào)制的獨(dú)立控制系統(tǒng)。由于理論近似，控制環(huán)的設(shè)計(jì)往往陷入復(fù)雜的方程式中，使開關(guān)電源的控制設(shè)計(jì)面臨挑戰(zhàn)并且常常走入誤區(qū)。下面幾頁將展示控制環(huán)的簡單化近似分析，首先大體了解開關(guān)電源系統(tǒng)中影響性能的各種參數(shù)。給出一個(gè)實(shí)際的開關(guān)電源作為演示以表明哪些器件與設(shè)計(jì)控制環(huán)的特性有關(guān)。測試結(jié)果和測量方法也包含在其中。

　　2. 基本控制環(huán)概念

　　2.1 傳輸函數(shù)和博得圖

　　系統(tǒng)的傳輸函數(shù)定義為輸出除以輸入。它由增益和相位因素組成并可以在博得圖上分別用圖形表示。整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)增益是環(huán)路里各個(gè)部分增益的乘積。在博得圖中，增益用對(duì)數(shù)圖表示。因?yàn)閮蓚€(gè)數(shù)的乘積的對(duì)數(shù)等于他們各自對(duì)數(shù)的和，他們的增益可以畫成圖相加。系統(tǒng)的相位是整個(gè)環(huán)路相移之和。

　　2.2 極點(diǎn)

　　數(shù)學(xué)上，在傳輸方程式中，當(dāng)分母為零時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)極點(diǎn)。在圖形上，當(dāng)增益以20dB每十倍頻的斜率開始遞減時(shí)，在博得圖上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)極點(diǎn)。圖1舉例說明一個(gè)低通濾波器通常在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)極點(diǎn)。其傳輸函數(shù)和博得圖也一并給出。

　　2.3 零點(diǎn)

　　零點(diǎn)是頻域范圍內(nèi)的傳輸函數(shù)當(dāng)分子等于零時(shí)產(chǎn)生的。在博得圖中，零點(diǎn)發(fā)生在增益以20dB每十倍頻的斜率開始遞增的點(diǎn)，并伴隨有90度的相位超前。圖2描述一個(gè)由高通濾波器電路引起的零點(diǎn)。

　　存在第二種零點(diǎn)，即右半平面零點(diǎn)，它引起相位滯后而非超前。伴隨著增益遞增，右半平面零點(diǎn)引起90度的相位滯后。右半平面零點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)于BOOST和BUCK-BOOST轉(zhuǎn)換器中，所以，在設(shè)計(jì)反饋補(bǔ)償電路的時(shí)候要非常警惕，以使系統(tǒng)的穿越頻率大大低于右半平面零點(diǎn)的頻率。右半平面零點(diǎn)的博得圖見圖3。

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