開關(guān)電源反饋

1、血 iselt2i亠dcidc模塊電源的反饋電路 和設(shè)計方法“十字f懣云*黃貴松臺達(dá)上海電力電子設(shè)計中心2004/6/23反饋電路(feedback loop)的基本概念:1.閉環(huán)控制和負(fù)反饋2拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)3.波特圖(bode curve)della confidentialdella confidential4.穩(wěn)定性判據(jù)della confidentialdella confidential5.波特圖的測試6基本電路的傳遞函數(shù) 7.反饋回路的設(shè)計自動控系統(tǒng)的基本形式:輸入j控制器輸出量della confidentialdella confidential開環(huán)控制系統(tǒng)della

2、confidentialdella confidential輸出量閉環(huán)控制系統(tǒng)della confidential自動控系統(tǒng)的基本形式:della confidentialdella confidential輸出量雙環(huán)控制系統(tǒng)della confidentialh+1stlvvv老ftqedetlacomalllhcn n®4l rl-0個rsm4.m w re223g4卄1.+j i吋25 一t長l盅<exw 由蘭|1fc-s q5vudlseihf 金 d lugl6387?1夏巴<00s§cc旻2:-85ce0 互5一i怙wk-v-wrh 2-j asdy

3、-oww-.3m暑ass »ws yaowz kmb>»wu曼>匸(wla t ow0ff- 有g(shù)l-ss<say履退c廠g''g 1js6h、0it_"j 嚴(yán)jmasmall signal analysis and transfer functiondella confidentialdella confidential.r709cto?化1<'220p丄e203 6.220 pr2o.1 / pvaa 520/k pwrn1 5vin.n3dkf1-parameters: 心pt t optparameters:

4、parameterj2mp'x opt+ t_o pfsr7q720k c703 wnc702k pwmpi controlleropticcouplerpwmpowerstagedella confidentialmodeling d c/d c converter with small signal analysis自動控制系統(tǒng)需分析解決的問題:1. 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性問題是任一自動控制系統(tǒng)能否實際應(yīng)用 的必要條件，自動控制理論應(yīng)給出影響穩(wěn)定性的因數(shù)， 并給出各種因數(shù)引起穩(wěn)定或不穩(wěn)定的范圍。2. 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：即在穩(wěn)態(tài)情況下，控制系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確程度, 以及控制系統(tǒng)對各種干擾的抑制能力。動態(tài)

5、響應(yīng)：當(dāng)輸入量改變或者有干擾引入后，控制系統(tǒng) 以多快以及怎樣的方式達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。della confidential自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述:妙一 變換環(huán)節(jié)一巴常微分方程描述：和c + al *c(t) + . + anc(t)=久和廠 + bx 治 w) + . + bmr(t)拉普拉斯變換:c(s) =c(t)ets dtjos"c(s) + 03"一匕($) + + anc(s) = bqsm r(s) + bsm 1 r(s) + . + bmr(s)當(dāng)s =血時拉普拉斯變換即為傅立葉變換w變換環(huán)節(jié)c(t)snc (5) + aisnic(s) + . + anc

6、 (5) = bqsm r(s) + bs，n 1 r(s) + . + bmr(s)i m j-1jc(s)=七f r(s) = g(5)/?(5)s + a.s + + a1mdella confidential自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述:della confidential自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述:g(s)二j ni b°sj-1j+ b、s + + bmn/?-1s +%s+%della confidential自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述:della confidential自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述:rg)c(s)r(s) +rl(s)della confidentialc(5)= g(

7、s)r(s)c($) = g1($)g2($)r($)g($) = gl(s)g2(s)c(5)= g1(5)(7?(5)-/?1(5)=gl(s)(/?($) g2(s)c(s)c（5）=gl(s)1 + g1(5)g2(5)r(s)g(s)二gl(s)l + gl(s)g2(s)della confidentialg(s)g(s) =7 m b°sn?j- 1s +%s +£”della confidentialdella confidential1.傳遞函數(shù)g(s)：所有控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)均為一有理多 項分式，其中s為復(fù)數(shù)。2.傳遞函數(shù)g的零點：即復(fù)數(shù)方程久昇+勺嚴(yán)+

8、 . +雄=0 的根，即使g(s)為零的s的取值。3.傳遞函數(shù)g的極點：即復(fù)數(shù)方程/ + %嚴(yán)+ .+化=0 的根，即使g(s)為無窮大的s的取值。反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析:r(s) +rl(s)h(s)二gl(s) _ gl(s)l + gl(s)g2(s) 1 + g($)g(s)=gl(s)g2稱為反饋回路的開環(huán)傳遞函數(shù)，可以通過分析g的行為來考察反饋回路的穩(wěn)定性，即當(dāng)g=1或接近1時系統(tǒng)將 變得不穩(wěn)定.della confidential5della confidential開環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻特性（波特圖）:open loop gain phase curve:5della confide

9、ntial5della confidential5della confidential僉'elm開環(huán)傳遞函數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)：1. 相位在低頻段趨向于180度（即保證系統(tǒng)是負(fù)反饋系統(tǒng)）。2. 在增益大于0的區(qū)間，相位必須大于0度。3. 在相位等于或接近0度時,增益必須小于0。開環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻特性的測量:della confidentialdella confidentialdella confidentialdella confidential如何測得開環(huán)傳遞函數(shù)g(s)=gl(s)g2(s)?della confidentialdella confidentialg(s)=a /b(s)

10、della confidentialmn $弓n +lims-mr omeetl022v2-51-2&二-85lt2&關(guān)tc=2-6?f2忘-=q<®>0205劇rt1os二 xsolt»s 豐s w02 wv-8s3slzvbgsohg1ef-h§ 7002 bavkmr-xkxv6e2wh3<cc outigd lvgl說7detia comdltlhc3w w曼-v2&產(chǎn)-tttb>»r2h曼 li3jlinx百v4ilni-a-525翁lilss02®j 卜二 j cse 05ff_ -&

11、lt;wj 丄be&卸 vo廠i01jb a sourcewl-w v2筆 d2d.nac - ap instruments frequency response analyzer佔x|file edit view graph tools help卻測豹i 隘鈕魚應(yīng) po訛level po.oomv dc| bw |3hz js 4*| start 阿麗stop 11,000,000.00 hz 陽 楚| 空| 廳|冃|mag (db)100.00080.00060.00040.00020.0000.000-20.000-40.000-60.000-80.000-100.000data

12、ml| m2| m2 mlfrequency7.36 khz29.85 khz22.50 khzmagnitude0.039 db-8.966 db9.005 dbphase63.791 deg-0.402 deg64.192 degreadymagphs stop 1della confidential常見電路的傳遞函數(shù):復(fù)祖抗傳遞函數(shù)della confidentialjl1jcdella confidentialdella confidentialslscdella confidential常見電路的傳遞函數(shù):uiuog(s)二 uo /ui 二rcs +1一階極點co1rcgain (

13、f)phase (f)9080706050403020100 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90c = 1 x !0 9 - * -.d» %1 101 101 io6della confidential常見電路的傳遞函數(shù):g(s)二 uo /ui士+尺】r1ouii uog(s) = uo /uir、cs + 1r2r + r° rcs + 1r2 = 1 x 10?c = 1 x 10 一 8一階極點1co =卩r、c一階零點1cor，cgain (f)phase (f)5della confidential常見電路的傳遞函數(shù):del

14、la confidentialg(5)二 uo /uim+/? +古uiuo二階極點cog($) =rcs + 1+10一 4 r = o.o2gain (f)phase (f)della confidential光耦電路的傳遞函數(shù):ic = tavuo whmhhxdj cohosh 00ctr=ic/iftl181ctr:1 2pin configuration (top view)1 ! anode3;cathode4 ； emitter6 ; collectordella confidentialdella confidentialambient temperature ta(

15、9;ton: 1 5ustoff: 5 lousdella confidential光耦電路的傳遞函數(shù):della confidentialdella confidentialg(s) =ctrts + 1ctr = 2t = 3 x 10一階極點1gain (f)phase (f)della confidentialpi調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù):della confidentialdella confidential*)24rc$+ 1rsr1 = 1 x 104r2 = i x io3c = 1 x 10gain (f)phase (f)fdella confidentialpi調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù):

16、g(s) = uo /uir1 cl7?i cj 5 + 1rcs(rgs + 1)當(dāng) c2 « c,時r1 = i x 104 r2 = 1 x 1o? cl = i x 1o 8 c2 = 1 x io" 9gain (f)phase (f)della confidentialpi調(diào)節(jié)器的設(shè)計原則:r1 cl0(5)二 uo /ui 二二'r2c s(rc 2s + 1)r1 = 1 x 104 r2 = 1 x io" cl = 1 x 1o 8 c2 = 1 x 1o 9della confidentialdella confidential1.

17、零點憑率為1/(r1c1),極點頻率為1/(r1c2)2. 零點頻率必須小于極點頻率，即c2«c13. r2僅與增益有關(guān)，與零極點無關(guān)。4. r3與反饋特性無關(guān)，僅與電壓設(shè)置有關(guān)。開關(guān)電源反饋電路的設(shè)計:1. 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(fù)反饋連接。2. 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。以獲得最大的帶寬，同時保證足夠 在無法準(zhǔn)確估計系統(tǒng)增益的情況下, 以使系統(tǒng)穩(wěn)定，再嘗試較大的增益,3. 設(shè)計反饋控制器，選擇適當(dāng)?shù)牧泓c補償頻率最低的極點。一 般補償12個極點，補

18、償?shù)臉O點越多系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)越好。確定反饋控制器的增益, 的增益裕度和相角裕量。 可嘗試較小的增益設(shè)計, 以獲得良好的動態(tài)性能。della confidentialdella confidentialm3階極點q3o6 sumlitax2/ 八沁川7sec1cont22iui'2ugod4np7：零占r姑ion/off>cm 1(k>；&&22«16心:c15cont<op|12<drd |411t1 f1w/1cwthb-iorxwr11< 1ckm2 gozijbw)5 $h3»c11 1wq7c0pksuicq52 s-rt«crt09零點r319it13竺&l