开关电源环路补偿 |
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在 提到了一种TOP 结构 ![]() 网上再查一下二阶环路补偿的资料,可以查到二阶环路补偿的复频域传递函数和伯德图,这个公式是基于电源IC 内部的E/A 增益无限大接近理想的条件下得到的。 《自动控制原理》前五章依次是,自动控制原理的一般概念,控制系统的数学模型,线性系统的时域分析方法,线性系统的根轨迹法,线性系统的频域分析方法。 对于一个系统,建立其数学模型之后,可以通过时域或者频域分析方法判断系统的稳定性,而稳定性是工程应用的基础要求。对于一个运算放大器而言,输出稳定意味这个放大器的正常使用。然后是追求系统卓越的动态响应。 “稳定误差是描述系统稳态性能的一种性能指标,通常在阶跃函数,斜坡函数或加速度函数作为用下进行测定或者计算。若时间趋于无穷时,系统的输出量不等于输入量或输入量的确定函数,则系统存在稳态误差。” 一个有着较大稳态误差的系统工程上是不被推荐使用的,特别是一个电源电路,在瞬间拉载,输入电压上电时候若是出现输出电压回沟,或者极大的超调/过冲 ,这种电源质量是不被接受的。 《自动控制原理》第三章中,二阶系统的时域分析中,得到了二阶系统的标准形式。 二阶系统的时域分析中引入了 增益和阻尼比,自然频率,开环增益等许多用以表征系统特性的参数。关于系统稳定性表征参数为阻尼。 软件工程师可以通过数学建模,用程序实现比例积分控制,而对于硬件工程师来说基础的无源器件,有电阻 ,电容和电感。 电容是构建积分环节的核心器件,电阻是构建比例环节的核心器件。电感是构成微分环节的核心元器件。 使用电阻电容和运放也可以构成微分环节。
通过电阻电容+运放构成的负反馈系统,用来改善系统的稳定性和动态特性,这种方式非常常见,许多创造性的电路,都基于此。
以上,我们对于电源补偿电路从时域上有了理论与实际的对应关系,分析电源电路可以从时域上来理解,进行感性分析。但是从之前的分析、若是要对于一个时域微分方程求得具体的解,将其在频域上建立数学模型会得到各个组成时间域函数的各个不同频率的成员,得到他们的幅值和相位,这意味能够得到更多的细节。 “对于一个一阶和二阶系统,频域性能指标和时域性能有确定的对应关系。频域设计可以兼顾动态响应和噪声抑制两方面要求。频域分析方法不仅适用于线性定常系统,还可以推广应用于某些非线性控制系统。许多元器件的频率特性可以通过分析法和实验方法获得,并可以用多种形式的曲线表示。” 基于频域分析的许多优点,在工程分析和设计中,通常把线性系统的频率特性换成曲线,再用图解法进行研究。 常用的频率特性有三种: 幅相频率特性曲线,对数频率特性曲线(伯德图)和对数幅相曲线。 到这里,基本上弄明白了自己的疑问,为什么使用伯德图进行分析电源补偿系统? 伯德图只是众多分析方式中较为简单而常用的一种,并不是必须要用这种方式分析,存在很多其他的可能。 开关电源的补偿环路分析,可以通过时域也可以通过频率进行分析,但是频率分析会更加具体,其中使用伯德图分析,这样分析方式在工程中广泛使用,电源系统补偿中,使用这种方式分析也比较常见。 伯德图的对数幅频 横坐标按lgω分度,单位为弧度/S ,纵坐标按lgA(w) 线性分度,单位是dB .对数相频曲线纵坐标按ψ(ω)线性分度,单位为°。由此构成的坐标系称为半对数坐标系。对数频率采用ω的对数实现横坐标的非线性压缩,便于在较大频率范围反映频率变化情况。对数幅频特性采用20lgA(ω)则将幅值的乘除运算化为加减运算,可以简化曲线的绘制过程。 附 以下仅为笔记 大篇引用,以免后续回顾时候忘记了: 一. 在知道了为什么要用伯德图进行分析之后,许多控制系统可以拆分为多个典型环节的集合。 二.《自动控制原理》中指出 闭环系统根轨迹增益,等于开环系统前向通路根轨迹增益。对于单位反馈系统,闭环系统根轨迹增益就等于开关系统根轨迹增益。闭环零点由开环前向通路传递函数的零点和反馈通路传递函数的极点所组成。对于单位反馈系统,闭环零点就是开环零点。闭环零点与开环零点以及根轨迹增益K 均相关。根轨迹起源于开环极点,终于开环零点根轨迹的分支数,对称性和连续性。根轨迹的分支数与开环有限零电数m和有限极点数n中的大者相等,它们是连续的并且对称于实轴。根轨迹在实轴上的分布。实轴上的某一区域,若其右边开关实数零,极点个数之和为奇数,则该区域必是根轨迹。根轨迹的分离点与分离角。两条或者两条以上的根轨迹分支在s平面上相遇又立即分开的电,称为根轨迹的分离点。左半平面适当位置增加开环零点,可以显著改善系统的稳定性‘’在控制工程实践中,通常要求控制系统既具有较快的响应速度,又具有一定的阻尼程度,此外还要减少,间隙和库伦摩擦等非线性因素对系统性能的影响,因此高些系统的增益常常调整到使系统具有一对共轭主导极点。这时,可以用二阶系统的动态性能指标来估算高阶系统的性能。” 如果我要减小系统的调节时间,该如何调节反馈网络呢? 系统时间响应类型虽然取决于闭环系统极点的性质和大小,然而时间响应的形状却与闭环零点相关。 如果在所有的闭环极点中,距虚轴最近的闭环极点周围没有闭环零点,而其他极点又原理虚轴,那么距虚轴最近的碧辉园极点所对应的响应分量,随时间的推移衰减缓慢,在系统的时间响应过程中起到主导作用,这样闭环极点就被称为闭环主导极点。 微分控制反映了误差信号的变化率,能在误差信号增大之前,提前产生控制作用,因此具有良好的时间响应特性,呈现出最短的上升时间,快速性较好。
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