開關(guān)電源控制環(huán)路如何設計

1. 緒論

　　在開關(guān)模式的功率轉(zhuǎn)換器中，功率開關(guān)的導通時間是根據(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通時間被調(diào)制的獨立控制系統(tǒng)。由于理論近似，控制環(huán)的設計往往陷入復雜的方程式中，使開關(guān)電源的控制設計面臨挑戰(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)。給出一個實際的開關(guān)電源作為演示以表明哪些器件與設計控制環(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。整個系統(tǒng)的閉環(huán)增益是環(huán)路里各個部分增益的乘積。在博得圖中，增益用對數(shù)圖表示。因為兩個數(shù)的乘積的對數(shù)等于他們各自對數(shù)的和，他們的增益可以畫成圖相加。系統(tǒng)的相位是整個環(huán)路相移之和。

　　2.2 極點

　　數(shù)學上，在傳輸方程式中，當分母為零時會產(chǎn)生一個極點。在圖形上，當增益以20dB每十倍頻的斜率開始遞減時，在博得圖上會產(chǎn)生一個極點。圖1舉例說明一個低通濾波器通常在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個極點。其傳輸函數(shù)和博得圖也一并給出。

　　2.3 零點

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

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

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