反激電源的控制環(huán)路設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 反激電源控制環(huán)路設(shè)計一 環(huán)路設(shè)計用到一些基本知識。電源中遇到零極點。 注：上面圖為示意圖，主要說明不同零極點概念，不代表實際位置。二 電源控制環(huán)路常用3種補償方式。（1） 單極點補償，適用于電流型控制和工作在DCM方式并且濾波電容ESR零點頻率較低電源。其主要作用原理是把控制帶寬拉低，在功率部分或加有其他補償部分相位達到180度以前使其增益降到0dB. 也叫主極點補償。（2） 雙極點，單零點補償，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。（3）三極點，雙零點補償。適用于輸出帶LC諧振拓撲，如所有沒有用電流型控制電感電流連續(xù)方式拓撲。

2、三，環(huán)路穩(wěn)定標準。只要在增益為1時（0dB）整個環(huán)路相移小于360度，環(huán)路就是穩(wěn)定。但如果相移接近360度，會產(chǎn)生兩個問題：1）相移可能因為溫度，負載及分布參數(shù)變化而達到360度而產(chǎn)生震蕩；2）接近360度，電源階躍響應(yīng)（瞬時加減載）表現(xiàn)為強烈震蕩，使輸出達到穩(wěn)定時間加長，超調(diào)量增加。如下圖所示具體關(guān)系。所以環(huán)路要留一定相位裕量，如圖Q=1時輸出是表現(xiàn)最好，所以相位裕量最佳值為52度左右，工程上一般取45度以上。如下圖所示：這里要注意一點，就是補償放大器工作在負反饋狀態(tài)，本身就有180度相移，所以留給功率部分和補償網(wǎng)絡(luò)只有180度。幅值裕度不管用上面哪種補償方式都是自動滿足，所以設(shè)計時一般不用

3、特別考慮。由于增益曲線為-20dB/decade時，此曲線引起最大相移為90度，尚有90度裕量，所以一般最后合成整個增益曲線應(yīng)該為-20dB/decade部分穿過0dB.在低于0dB帶寬后，曲線最好為-40dB/decade，這樣增益會迅速上升，低頻部分增益很高，使電源輸出直流部分誤差非常小，既電源有很好負載和線路調(diào)整率。四， 如何設(shè)計控制環(huán)路？經(jīng)常主電路是根據(jù)應(yīng)用要求設(shè)計，設(shè)計時一般不會提前考慮控制環(huán)路設(shè)計。我們前提就是假設(shè)主功率部分已經(jīng)全部設(shè)計完成，然后來探討環(huán)路設(shè)計。環(huán)路設(shè)計一般由下面幾過程組成：1） 畫出已知部分頻響曲線。2） 根據(jù)實際要求和各限制條件確定帶寬頻率，既增益曲線0dB頻率

4、。3） 根據(jù)步驟2）確定帶寬頻率決定補償放大器類型和各頻率點。使帶寬處曲線斜率為20dB/decade,畫出整個電路頻響曲線。上述過程也可利用相關(guān)軟件來設(shè)計：如pspice, POWER-4-5-6.一些解釋：已知部分頻響曲線是指除Kea(補償放大器)外所有部分乘積，在波得圖上是相加。 環(huán)路帶寬當然希望越高越好，但受到幾方面限制：a)香農(nóng)采樣定理決定了不可能大于1/2 Fs; b)右半平面零點（RHZ）影響，RHZ隨輸入電壓，負載，電感量大小而變化，幾乎無法補償，我們只有把帶寬設(shè)計遠離它，一般取其1/4-1/5；c)補償放大器帶寬不是無窮大，當把環(huán)路帶寬設(shè)很高時會受到補償放大器無法提供增益限制

5、，及電容零點受溫度影響等。所以一般實際帶寬取開關(guān)頻率1/6-1/10。五，反激設(shè)計實例。條件： 輸入 85-265V交流，整流后直流100-375V輸出 12V/5A初級電感量 370uH初級匝數(shù)：40T，次級：5T次級濾波電容1000uF X 3=3000uF震蕩三角波幅度.2.5V開關(guān)頻率100K電流型控制時，取樣電阻取0.33歐姆下面分電壓型和峰值電流型控制來設(shè)計此電源環(huán)路。所有設(shè)計取樣點在輸出小LC前面。如果取樣點在小LC后面，由于受LC諧振頻率限制，帶寬不能很高。1） 電流型控制假設(shè)用3842,傳遞函數(shù)如下：.此圖為補償放大部分原理圖。RHZ頻率為33K，為了避免其引起過多相移，一般

6、取帶寬為其頻率1/4-1/5，我們?nèi)?/4為8K。分兩種情況：A) 輸出電容ESR較大。 輸出濾波電容內(nèi)阻比較大，自身阻容形成零點比較低，這樣在8K處相位滯后比較小。 Phanse angle = arctan(8/1.225)-arctan(8/0.033)-arctan(8/33)= -22度。另外可看到在8K處增益曲線為水平，所以可以直接用單極點補償，這樣可滿足-20dB/decade曲線形狀。省掉補償部分R2，C1。設(shè)Rb為5.1K，則R1=（12-2.5）/2.5*Rb=19.4K.8K處功率部分增益為 -20* log(1225/33)+20* log19.4 = -5.7dB因為

7、帶寬8K，即8K處0dB所以8K處補償放大器增益應(yīng)為5.7dB, 5.7-20* log( Fo/8)=0 Fo為補償放大器0dB增益頻率 Fo= 1/(2*pi*R1C2)=15.42 C2= 1/(2*pi*R1*15.42)=1/(2*3.14*19.4*15.42)=0.53nF相位裕度：180-22-90=68 度仿真圖： 蘭色為功率部分，綠色為補償部分，紅色為整個開環(huán)增益。B) 輸出電容ESR較小。輸出濾波電容內(nèi)阻比較大，自身阻容形成零點比較高，這樣在8K處相位滯后比較大。 Phanse angle = arctan(8/5.3)-arctan(8/0.033)-arctan(8/

8、33)= -47度。如果還用單極點補償，則帶寬處相位裕量為180-90-47=43度。偏小。用2型補償來提升。三個點選取，第一個極點在原點，第一零點一般取在帶寬1/5左右，這樣在帶寬處提升相位78度左右，此零點越低，相位提升越明顯，但太低了就降低了低頻增益，使輸出調(diào)整率降低，此處我們?nèi)?.6K。第二個極點選取一般是用來抵消ESR零點或RHZ零點引起增益升高，保證增益裕度。我們用它來抵消ESR零點，使帶寬處保持-20db/10 decade 形狀，我們?nèi)SR零點頻率5.3K數(shù)值計算：8K處功率部分增益為 -20* log(5300/33)+20* log19.4 = -18dB因為帶寬8K，即

9、最后合成增益曲線8K處0dB所以8K處補償放大器增益應(yīng)為18dB, 5.3K處增益=18+20log(8/5.3)=21.6 dB 水平部分增益= 20logR2/R1=21.6 推出R2=12*R1=233Kfp2=1/2*pi*R2C2 推出C2=1/（2*3.14*233K*5.4K）=127pF.fz1=1/2*pi*R2C1 推出 C1=1/ (2*3.14*233K*1.6K)=0.427nF.相位Phanse angle = -47 - 90+arctan(8/1.6)-arctan(8/5.3)=-115度相位裕度：180-115=65度仿真圖：蘭色為功率部分，綠色為補償部分，

10、紅色為整個開環(huán)增益。 假設(shè)光耦CTR=1，由于R3和R4相等，其增益為R4/R3=1，所以不影響補償部分。2, 電壓型控制。我們同樣設(shè)計帶寬為8K，傳遞函數(shù)如下： 高頻1000uF電容ESR ： Rc=30m歐姆。fo 為LC諧振頻率，注意Q值并不是用計算值，而是經(jīng)驗值，因為計算Q無法考慮LC串聯(lián)回路損耗（相當于電阻），包括電容ESR，二極管等效內(nèi)阻，漏感和繞組電阻及趨附效應(yīng)等。在實際電路中Q值幾乎不可能大于45。由于輸出有LC諧振，在諧振點相位變動很劇烈，會很快接近180度，所以需要用3型補償放大器來提升相位。其零，極點放置原則是這樣，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

11、樣在諧振點相位為-90+(-90)+45+45=-90.在輸出電容ESR處放一極點，來抵消ESR影響，在RHZ處放一極點來抵消RHZ引起高頻增益上升。 元件數(shù)值計算，為方便我們把3型補償圖在重畫一下。先計算功率部分8K處增益： Rb=5.1K; R1=19.4K26- 40log(5.3/0.605)- 20log(8/5.3)=-15.3dB.要得到8K帶寬，補償放大器在8K處，既平頂部分增益應(yīng)為15.3dB.雙零點處增益為：15.3-20log(5.3/0.605)=-3.6dB.從補償圖上可知，此處增益為 20log(R2/R1)=-3.6, 得出：R2=1.51*R1=29.3K.1/

12、(2*pi*R1*C3)=605, C3=13.6 nF.1/(2*pi*R3*C3)=33K R3=355歐姆1/(2*pi*R2*C1)=605 C1=9nF.1/(2*pi*R2*C2)=5.3K C2=1nF. 核算8K處相位：-180+arctan(8/5.3)-arctan(8/33)+ 90+2*arctan(8/0.605)-arctan(8/5.3)-arctan(8/33)= -126. 相位裕量： 180-126=54度。仿真結(jié)果如下：蘭色為功率部分，綠色為補償部分，紅色為整個開環(huán)增益。如果相位裕量不夠時，可適當把兩個零點位置提前，也可把第一可極點位置放后一點。同樣假設(shè)光

13、耦CTR=1，如果用CTR大光耦，或加有其他放大時，如同時用IC內(nèi)部運放，只需要在波得圖上加一個直流增益后，再設(shè)計補償部分即可。這時要求把IC內(nèi)部運放配置為比例放大器，如果再在內(nèi)部運放加補償，就稍微麻煩一點，在圖上再加一條補償線參考資料1自動控制原理南航 胡壽松主編2<<switch mode power supply handbook>> KELTH BILLINGS3<<Power intergrations circuit data book>> Power Intergrations (PI)4<<Fundamentals of Power Electronics>> Robert W. Erickson5<<switching power supply design>> Abraham I. Pressman6<Control loop design> Lloyd H. Dixon7. < A More Accurate current-M