環(huán)路基礎知識培訓

1、2012/11/15撰寫人 | 陳峰科士達環(huán)路基礎知識培訓目錄1、零極點概念32、穿越頻率、相位裕度、增益裕度的概念43、環(huán)路穩(wěn)定性判據(jù)54、反饋環(huán)路的小信號分析65、30W反激電源的環(huán)路設計86、調(diào)整環(huán)路參數(shù)以使系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性判據(jù)111、零極點概念2、穿越頻率、相位裕度、增益裕度的概念穿越頻率：增益曲線穿越0dB線時的頻率相位裕度：相位曲線在穿越頻率處的相位和-180度之間的相位差，由于是與-180度比較，一般我們計算時就在相位+180度作為相位裕度。增益裕度：增益裕度是在相位曲線達到-180度的頻率處所對應的增益下圖是環(huán)路分析儀器的參數(shù)：由于測試儀通過已在測試過程中添加了180度相移，因此

2、：其相位已為m+180，可以直接讀出其相位裕度和增益裕度。3、環(huán)路穩(wěn)定性判據(jù)必須達到：開環(huán)系統(tǒng)有大于30度的相位裕度 大于6dB的增益裕量可以實現(xiàn)：在穿越頻率附近為-20dB的增益斜率 相位裕度最好能實現(xiàn)在40-70度之間。 相位裕度與增益裕度既有在不同輸入條件與器件差異條件下使系統(tǒng)自動滿足穩(wěn)定條件的因素外，相位裕度還有動態(tài)響應方面的要求。 我們學習自動控制原理時，以常見的二階系統(tǒng)來說，其閉環(huán)傳遞函數(shù)如下所示：GS=Wn2s2+2*Wn+Wn2 其中稱為阻尼系數(shù)； 當0<<1 時，其處于欠阻尼狀態(tài)，=1時，處于臨界阻尼狀態(tài)，>1, 處于過阻尼狀態(tài)，Q是品質因子，其與的關系為：

3、 Q=12 在控制理論里，一般將系統(tǒng)設計在欠阻尼狀態(tài)，取值之間； 此時Q取值； 我們也可以從下圖看出，其單位階躍響應如左圖所示，從上升時間，超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間來判斷，也是Q取值在這個范圍內(nèi)較好，對應于-4dB-1.6dB，此時相位裕度為40-70度之間。因此：我們最好將系統(tǒng)設計的增益裕量在40-70度之間。 4、反饋環(huán)路的小信號分析 反饋環(huán)電路如下圖左圖所示，我們對反饋環(huán)電路進行小信號等效分析，而在小信號等效分析中，所關心的是變化量，因此在回路中，任何的恒壓源可認為是交流短路，恒流源等效開路，恒定不變的電流在電路中不考慮，得到的電路圖如右圖所示：那么VCOMP與+12V之間的傳遞函數(shù)可以得出：G

4、_FB =VCOMP+12V 注：其中CMR是光耦的光電傳輸比，其它從環(huán)路傳遞函數(shù)初步得出的結論：1）從環(huán)路參數(shù)來看，輸出電壓采樣的下拉電阻不在環(huán)路傳遞函數(shù)中，只是下拉電阻不同時會使得采樣電阻的上端電阻參數(shù)不同，從而影響環(huán)路，因此對于同功率更改不同輸出電壓時，最好更改采樣電阻的下拉電阻，這樣環(huán)路參數(shù)調(diào)整比較少。 5、30W反激電源的環(huán)路設計根據(jù)30W DCDC電源來設計：參數(shù)條件： 輸入電壓：20-30v，額定24v輸出電壓：12v/2.5A,對應負載5.8 ；最少1A，對應負載12；由于本文中反激小信號模型是建立在CCM模式上的，所以以BCM模式時的負載作為最少負載。效率：0.8初級電感量：

5、18uH初級匝數(shù)：8次級匝數(shù)：8輸出濾波電容1：11m/1000uF共模電感差模分量：20uH輸出濾波電容2: 70 m/470uF開關頻率：65KHZ電流采樣電阻：0.11占空比Dmax=0.4；電流型CCM模式反激功率級的小信號模型為：設計步驟：1）確定穿越頻率其右半平面零點：輸出差模電感與電容的極點頻率：考慮開關頻率：65KHZ，從上面可以看出：右半平面零點頻率較高，對環(huán)路的影響可以忽略；但輸出共模電感的差模分量較大，-40dB的極點若與穿越頻率之前，則影響穩(wěn)定性；這里選擇穿越頻率：1KHZ2） 確定功率級的直流增益：3） 確定功率級最低極點位置，BCM模式時負載的極點位置： 4） 確定

6、在穿越頻率處，欲使功率級增益提升到0dB, 補償放大器應該有的增益；Fc=1000，在第一個極點以-20dB的斜率衰減，當?shù)竭_穿越頻率時整個增益已衰減X1，為了使系統(tǒng)能在穿越頻率時增益為1，也就是0 dB，因此：補償網(wǎng)絡的增益應該為X1-功率級的增益。補償網(wǎng)絡的增益5）設計參數(shù)為了考慮普適性，在這里主要是針對R10,C11,C37的參數(shù)設計，其它的參數(shù)已通過其它的方式已確定。并設定 零點位置Fz=Fc/3=330; FZ=1/2*PI*R10*C37 極點位置Fp=3* Fc=3000 FP=1/2*PI*R10*C11由于FC<<FP,則分母的根號部分=1，而FC>>

7、Fz, 則分子的根號部分=FC/fz假設C37>>C11, C11+C37C37; FZ=1/2*PI*R10*C37CMR=1.3;A_GFB=A_EA;R10=164k取值R10=150KC37可以根據(jù)零點位置=3.3nFC11可以根據(jù)極點位置=390PF 6、調(diào)整環(huán)路參數(shù)以使系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性判據(jù) 對于我們30WDCDC電源來說，由于光耦次級的上拉電阻在很多芯片中都內(nèi)置于IC中，雖然我們的IC需要外置，但是考慮通用性，因此，我們主要通過更改R15，R10，C37，C11來更改其環(huán)路；測試其環(huán)路后分析其對環(huán)路的影響。參數(shù)相位裕量增益裕量穿越頻率改變R10 ；C37=47n, C11

8、=4.7nR15=1KR10=240K35.8-7.9792.7R10=110K44.7-7.8798.3R10=70K52.1-7.9778.8R10=50K59.0-7.7740總結：增大R10，從環(huán)路傳遞函數(shù)來看，是將零極點均前移；從實際測量來看在其它參數(shù)不變化的情況下，減少R10，能大幅度提高環(huán)路的相位裕量，略減少環(huán)路的穿越頻率，不影響增益裕量。因此：在相位裕量不夠時，增益裕量足夠時，調(diào)整R10是比較合適的選擇。改變C11；C37=47n, R10=240kR15=1KC11=47235.8-7.9792.7C11=57238.8-9.3696C11=67240.6-9.7648.7C

9、11=87243.8-10.4570結論：改變C11，實際上就是改變極點的位置，增大C11，極點前移，這是犧牲穿越頻率也就是帶寬來達到提高相位裕度與增益裕度的目的，從我們測試來看，增大C11，相位裕度與增益裕度都有較大的提高。一般情況下，不采用這種方式。但是應最低保證C37要遠大于5倍C11，否則動態(tài)負載測試會有問題。改變R15；C37=47n, R10=240kC11=4.7nR15=1K36.5-6.7865R15=1.2K35.3-8.2774R15=1.4K36.5-9.4724結論: 改變R15主要是改變增益，從測試結果來看，增大R15，能提高增益裕度，對相位裕度無改變，同時會減少帶寬。改變C37R10=100kC11=4.7nR15=1.2kC37=10345.9-8.0799.5C37=22346.4-7.8798.7C37=47346.7-8.0778.8C37=10447.2-7.9792C37=47445.4-8.2793結論: 單獨改變