談談開關電源的環(huán)路計算和環(huán)路補償及如何穩(wěn)定性設計:
在開關電源的設計過程中, 控制環(huán)路的設計至關重要, 甚至可以決定電源的成敗.
談談開關電源的環(huán)路計算和環(huán)路補償及如何穩(wěn)定性設計:
在開關電源的設計過程中, 控制環(huán)路的設計至關重要, 甚至可以決定電源的成敗.
回顧我們在學校學習過的控制理論知識便知,所有控制系統(tǒng)均可以通過傳輸函數(shù)模塊得到簡化。峰值電流模式控制電源轉換器中的電壓控制環(huán)路也不例外。電壓環(huán)路 (TV(f)) 可以簡化表示為不同傳輸模塊的積(請參見圖 1)。首先是功率級控制輸出傳輸函數(shù) (GCO(f)),其表示為輸出電壓變化 (?VOUT) 與控制電壓變化 (?VC) 的比。請注意,該模塊實際為脈寬調制 (PWM) 調制器增益 (K) 和電源輸出濾波器增益 (GF(f)) 的組合。其次通常為控制傳輸函數(shù) (GC(f)) 的輸出有時稱作補償傳輸函數(shù),可以表示為 ?VC與?VOUT 變化的比。如果使用了光隔離器,則也會有一個傳輸函數(shù)模塊 GOPTO(f),其位于模塊 K 和 –GC(f) 模塊之間的連線上。
實現(xiàn)穩(wěn)定性的一般原則
在電源控制環(huán)路 (TV(f))中,當環(huán)路為 180 度相位差時,其相當于交換反饋網絡 (GC(f)) 所用運算放大器的輸入極性。如果這種情況出現(xiàn)在反饋環(huán)路有一個環(huán)路增益時的電壓環(huán)路交叉,則其會變得不穩(wěn)定并突然開始振蕩。為了保證不出現(xiàn)這種情況,我們一般在電壓環(huán)路交叉設計 TV(f) 45 度的相位裕量 (PM)。在大多數(shù)開關模式電源中,控制環(huán)路最終都會接近 180 度相移。為了確保其不會導致環(huán)路不穩(wěn)定性,我們一般針對大于 6 dB 的增益裕量 (GM) 來設計,以確保 TV(f) 為 180 度相差時控制信號衰減。評估控制環(huán)路 (TV(f)) 時,相位裕量可讀作交叉期間的相位量。增益裕量可通過傳統(tǒng)方法計算得到,環(huán)路為 180 度相位差時,dB 增益為0 dB。增益及相位裕量原則是卓越控制環(huán)路設計的一個重要內容。
1. 電壓環(huán)路交叉時 PM ≥ 45 度
a. 環(huán)路增益 (TV(f)) 振幅為 1,0 dB 時。
2. GM=0dB-180 度相移時的增益 > 6 dB
錯誤觀念
加速小信號電壓環(huán)路 TV(f) 可減少輸出電容組。請記住,大多數(shù)開關模式電源中都有一種可抑制突然電流變化的電感。大信號電流躍遷會通過 COUT和 COUT 的 RESR。要達到大信號瞬態(tài)規(guī)范,要求選擇 COUT 和 RESR 來延遲和抑制大電流負載瞬態(tài)。在選擇設計要求的輸出濾波器電容時,下列方程式應會有所幫助。變量 ITRANSIENT 為大信號瞬態(tài)電流負載階躍,而變量 dt 為輸出電容抑制大信號瞬態(tài)的預計時間。變量 IAVERAGE 為負載階躍以后的平均電流。極端情況是從零負載階躍到全負載狀態(tài)。這些方程式讓 RESR承受了 90% 的負載瞬態(tài),另外 10% 由 COUT 承擔。