開關(guān)電源簡(jiǎn)介課件

開關(guān)電源閉環(huán)系統(tǒng)開關(guān)電源總是用閉環(huán)負(fù)反饋來(lái)改善開環(huán)系統(tǒng)之響應(yīng)，達(dá)到所期望的電源調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求。系統(tǒng)基本上由誤差放大，PWM和電源開關(guān)回路，輸出濾波器三個(gè)主要部分所構(gòu)成。開關(guān)電源的潛在風(fēng)險(xiǎn)開關(guān)電源的穩(wěn)定性會(huì)受到輸入電源，輸出負(fù)載，和溫度的影響。其他會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種因素如：元件在長(zhǎng)期工作后公差變大，不當(dāng)?shù)妮斎霝V波器，輸出負(fù)載電容，開關(guān)的雜訊也會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。對(duì)于開關(guān)電源設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，最尷尬的莫過(guò)于在線路設(shè)計(jì)完成，投入生產(chǎn)并把貨交到客戶手上之后，發(fā)現(xiàn)他設(shè)計(jì)的開關(guān)電源，是不穩(wěn)定的。造成必須回收大量已經(jīng)商品化的產(chǎn)品（例如復(fù)印機(jī)）。如果用幾小時(shí)去做反饋回路波德圖分析。提早作分析可以避免潛在的將產(chǎn)品從市場(chǎng)上回收和設(shè)計(jì)變更的危險(xiǎn)。落實(shí)電源穩(wěn)定性分析研發(fā)，設(shè)計(jì)，和品保工程師必須測(cè)定閉回路增益裕量度和相位裕量度，以掌握開關(guān)電源(SMPS)、不間斷電源（UPS）等產(chǎn)品其的控制回路的穩(wěn)定度。反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)影響到很多參數(shù)，如調(diào)整率，穩(wěn)定度，及瞬態(tài)響應(yīng)等。開關(guān)電源穩(wěn)定性驗(yàn)證,必須包含輸出電壓電流在不同的負(fù)載件下仍能符合兩項(xiàng)原則的要求。波特圖開關(guān)電源閉環(huán)系統(tǒng)因?yàn)樗脑鲆骖l響曲線只發(fā)生一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分析上比較不是那么困難，以波德圖方法是對(duì)環(huán)路增益和相位余裕計(jì)算和顯示的既簡(jiǎn)單又有效的分析方法。總的來(lái)說(shuō)，增益響應(yīng)曲線在穿過(guò)0dB時(shí)應(yīng)以20dB/Decade的斜率下降。在低頻段由高增益或是藉由曲線斜率>20dB/Decade會(huì)讓系統(tǒng)有比較好的負(fù)載調(diào)整率和線調(diào)整率。大多數(shù)情況下工程師以檢查反饋系統(tǒng)在閉回路增益為0dB（無(wú)增益）的情況下相位裕量(PhaseMargin)是否大于45度。另外在相位接近于零度時(shí)閉回路增益裕量(GainMargin)是否大于-20dB。如果核實(shí)符合此二條件，則此反饋回路會(huì)得到穩(wěn)定的響應(yīng)。閉環(huán)路頻響分析法的相位裕量<40°，系統(tǒng)在跳載測(cè)試時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)激或振鈴甚至震蕩。相位裕量45°為最低的余量要求。50°~80°是既可以獲得好的響應(yīng)也只會(huì)有很小的過(guò)激。相位裕量>80°時(shí)系統(tǒng)上升時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能差。如果在轉(zhuǎn)折頻點(diǎn)Fc之后，雖然增益不為零但相位裕量不足，在穩(wěn)定負(fù)載時(shí)不會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是在大的跳載時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的震蕩或是阻尼不足。讓系統(tǒng)穩(wěn)定的捷徑是把環(huán)路增益降低。但是這樣會(huì)導(dǎo)致很糟糕的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。相位裕量在轉(zhuǎn)折頻點(diǎn)Fc和頻點(diǎn)以下的頻段都應(yīng)保持大于45°。大的帶寬代表更快的瞬態(tài)響應(yīng)，大的相位余度代表瞬變過(guò)程的過(guò)沖更小。仿真SPICE與實(shí)際ACTUAL穩(wěn)定度仿真是透過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)增益裕量和相位裕量，在實(shí)際對(duì)一個(gè)UPS的局部開關(guān)電源，輸出DC40V的電池充電回路，做仿真與實(shí)測(cè)比較后，結(jié)果如下：仿真：相位裕量度65°增益裕量-15dB實(shí)際：相位裕量度88°增益裕量-33dB補(bǔ)償網(wǎng)路的設(shè)計(jì)針對(duì)控制到輸出增益發(fā)生極點(diǎn)的頻率附近，在補(bǔ)償網(wǎng)路內(nèi)加入零點(diǎn)，以使相位裕量達(dá)到>45°。針對(duì)控制到輸出增益發(fā)生零點(diǎn)的頻率附近，在補(bǔ)償網(wǎng)路內(nèi)加入極點(diǎn)，以使增益曲線保持所希望的斜率。如果因?yàn)樵谘a(bǔ)償網(wǎng)路加了零點(diǎn)而造成低頻增益過(guò)低而無(wú)法得到好的直流調(diào)整率，則在低頻處加入一對(duì)零點(diǎn)與極點(diǎn)，以增強(qiáng)增益。閉環(huán)評(píng)量的范例閉環(huán)評(píng)量的測(cè)試條件開關(guān)電源的穩(wěn)定性會(huì)受到輸入電源，輸出負(fù)載，和溫度的影響。所以在評(píng)估時(shí)要針對(duì)各種組合條件進(jìn)行測(cè)試,然后以波特圖進(jìn)行分析:源最低電壓源正常電壓源最高電壓滿載半載空載滿載半載空載滿載半載空載常溫

123456789高溫101112131415161718低溫192021222324252627注：表格內(nèi)1、2、是指相對(duì)編號(hào)的波特圖組建量測(cè)系統(tǒng)接線設(shè)置多組輸出的量測(cè)兩組電源輸出時(shí)，整個(gè)電源回路增益特性=GAIN1+GAIN2-2*GAIN21-GAIN1*GAIN2。因需要具備同時(shí)量測(cè)四個(gè)通道得功能，并沒有人采用此技術(shù)。測(cè)試多組輸出（多組控制回路）電源的做法通常是針對(duì)各個(gè)獨(dú)立的回路個(gè)別測(cè)試，確認(rèn)每個(gè)獨(dú)立的各組回路的穩(wěn)定性。以一個(gè)雙輸出（+5V及+12V）電源為例，在量測(cè)個(gè)別的回路時(shí)要將另一組回路中斷。如要測(cè)試+5V回路，則將+12V輸出的反饋檢出點(diǎn)斷開，以另外一個(gè)+12V電源代替。這樣，+12V回路就不能構(gòu)成。以同樣的方式與步驟走去測(cè)試+12V回路。若+5V及+12V兩回路都做過(guò)穩(wěn)定度的個(gè)別檢驗(yàn)而且都是穩(wěn)定的。那么，此電源的整體控制回路的穩(wěn)定度是符合要求的。PSM2200/1700波德圖100Hz10kHz1kHzGain0dB318HzPhase0PhaseMargin72.25GainMargin