DC DC模塊電源的反饋電路和設計方法 反饋電路 feedbackloop 的基本概念 閉環控制和負反饋拉普拉斯變換和傳遞函數波特圖 BodeCurve 穩定性判據波特圖的測試基本電路的傳遞函數反饋回路的設計 自動控系統的基本形式 控制器 被控對象 輸入量 控制量 輸出量 開環控制系統 控制器 被控對象 輸入量 控制量 輸出量 閉環控制系統 誤差量 反饋環節 反饋量 自動控系統的基本形式 控制器1 被控對象 輸入量 控制量 輸出量 雙環控制系統 誤差量 反饋環節 反饋量 控制器2 反饋環節 輸入量1 誤差量1 內環反饋 輸出量Vo 輸入量 反饋量 控制量Ve 控制量If 控制量D 內環反饋量 內環輸入量 SmallSignalAnalysisandTransferFunction PIController OpticCoupler PWM PowerStage ModelingDC DCConverterwithSmallsignalAnalysis 自動控制系統需分析解決的問題 穩定性 穩定性問題是任一自動控制系統能否實際應用的必要條件 自動控制理論應給出影響穩定性的因數 并給出各種因數引起穩定或不穩定的范圍 穩態響應 即在穩態情況下 控制系統控制的準確程度 以及控制系統對各種干擾的抑制能力 動態響應 當輸入量改變或者有干擾引入后 控制系統以多快以及怎樣的方式達到新的穩定狀態 自動控制系統的數學描述 變換環節 c t r t 常微分方程描述 拉普拉斯變換 當時拉普拉斯變換即為傅立葉變換 自動控制系統的數學描述 變換環節 r t c t 自動控制系統的數學描述 G s R s C s G1 s R s C s G2 s G2 s R s C s G1 s R1 s 自動控制系統的數學描述 傳遞函數G s 所有控制系統的傳遞函數均為一有理多項分式 其中s為復數 傳遞函數G s 的零點 即復數方程的根 即使G s 為零的s的取值 傳遞函數G s 的極點 即復數方程的根 即使G s 為無窮大的s的取值 G s R s C s 反饋系統的穩定性分析 G2 s R s C s G1 s R1 s G s G1 s G2 s 稱為反饋回路的開環傳遞函數 可以通過分析G s 的行為來考察反饋回路的穩定性 即當G s 1或接近 1時系統將變得不穩定 開環傳遞函數的幅頻特性 波特圖 開環傳遞函數穩定性判據 相位在低頻段趨向于180度 即保證系統是負反饋系統 在增益大于0的區間 相位必須大于0度 在相位等于或接近0度時 增益必須小于0 開環傳遞函數的幅頻特性的測量 G2 s R s C s G1 s R1 s 如何測得開環傳遞函數G s G1 s G2 s G2 s R s C s G1 s R1 s A B A B f 網絡分析儀 G s A s B s A B 輸出量Vo 輸入量 反饋量 控制量Ve 控制量If 控制量D 內環反饋量 內環輸入量 BA Source 常見電路的傳遞函數 R C L 復祖抗 傳遞函數 常見電路的傳遞函數 R C Ui Uo 一階極點 常見電路的傳遞函數 C Ui Uo R2 R1 一階極點 一階零點 常見電路的傳遞函數 C Ui Uo L R 二階極點 光耦電路的傳遞函數 ton 1 5ustoff 5 10us CTR Ic IfTL181CTR 1 2 光耦電路的傳遞函數 一階極點 積分器的傳遞函數 C Ui Uo R R1 Vref PI調節器的傳遞函數 C1 Ui Uo R2 R1 R3 Vref PI調節器的傳遞函數 C1 Ui Uo R2 R1 R3 Vref C2 當時 PI調節器的設計原則 C1 Ui Uo R2 R1 R3 Vref C2 零點憑率為1 R1C1 極點頻率為1 R1C2 零點頻率必須小于極點頻率 即C2 C1R2僅與增益有關 與零極點無關 R3與反饋特性無關 僅與電壓設置有關 開關電源反饋電路的設計 分析固有電路 包括主功率電路 PWM控制器 光耦等 的相位極性 確定控制器的極性 保證負反饋連接 確定固有電路的極點分布情況 一般有輸出濾波器的二階極點 光耦的一階極點 功率電路的特殊極點等 設計反饋控制器 選擇適當的零點補償頻率最低的極點 一般補償1 2個極點 補償的極點越多系統的動態響應越好 確定反饋控制器的增益 以獲得最大的帶寬 同時保證足夠的增益裕度和相角裕量 在無法準確估計系統增益的情況下 可嘗試較小的增益設計 以使系統穩定 再嘗試較大的增益 以獲得良好的動態性能 二階極點 一階極點 一階極點 零點 零點 零點 開關電源反饋電路產生震蕩的原因 零極點發生偏移 極點往低頻段偏移 或增加了新的極點都有可能導致系統不穩 系統增益發生變化 如光耦的增益發生變化 PWM控制器的三角波斜率發生變化 消除震蕩的方法 降低控制器的增益