模块电源的反馈电路和设计方法课件

DC/DC,模块电源的反馈电路和设计方法,DC/DC模块电源的反馈电路和设计方法,反馈电路(,feedback loop),的基本概念：,闭环控制和负反馈,拉普拉斯变换和传递函数,波特图(,Bode Curve),稳定性判据,波特图的测试,基本电路的传递函数,反馈回路的设计,反馈电路(feedback loop)的基本概念：闭环控制和,自动控系统的基本形式：,控制器,被控对象,输入量,控制量,输出量,开环控制系统,控制器,被控对象,输入量,控制量,输出量,闭环控制系统,误差量,反馈环节,反馈量,+,-,自动控系统的基本形式：控制器被控对象输入量控制量输出量开环控,自动控系统的基本形式：,控制器1,被控对象,输入量,控制量,输出量,双环控制系统,误差量,反馈环节,反馈量,+,-,控制器2,+,-,反馈环节,输入量1,误差量1,内环反馈,自动控系统的基本形式：控制器1被控对象输入量控制量输出量双环,输出量,Vo,输入量,反馈量,控制量,Ve,控制量,If,控制量,D,内环 反馈量,内环,输入量,输出量 Vo输入量反馈量控制量 Ve控制量 If控制量 D内,Small Signal Analysis and Transfer Function,PI Controller,Optic Coupler,PWM,Power Stage,Modeling DC/DC Converter with Small signal Analysis,Small Signal Analysis and Tran,自动控制系统需分析解决的问题：,稳定性：,稳定性问题是任一自动控制系统能否实际应用的必要条件，自动控制理论应给出影响稳定性的因数，并给出各种因数引起稳定或不稳定的范围。,稳态响应：,即在稳态情况下，控制系统控制的准确程度，以及控制系统对各种干扰的抑制能力。,动态响应：,当输入量改变或者有干扰引入后，控制系统以多快以及怎样的方式达到新的稳定状态。,自动控制系统需分析解决的问题：稳定性：稳定性问题是任一自动控,自动控制系统的数学描述：,变换环节,c(t),r(t),常微分方程描述：,拉普拉斯变换：,当 时拉普拉斯变换即为傅立叶变换,自动控制系统的数学描述：变换环节c(t)r(t)常微分方程描,自动控制系统的数学描述：,变换环节,r(t),c(t),自动控制系统的数学描述：变换环节r(t)c(t),自动控制系统的数学描述：,G(s),R(s),C(s),G1(s),R(s),C(s),G2(s),G2(s),R(s),C(s),G1(s),+,-,R1(s),自动控制系统的数学描述：G(s)R(s)C(s)G1(s)R,自动控制系统的数学描述：,传递函数,G(s)：,所有控制系统的传递函数均为一有理多项分式，其中,s,为复数。,传递函数,G(s),的零点：,即复数方程 的根，即使,G(s),为零的,s,的取值。,传递函数,G(s),的极点：,即复数方程 的根，即使,G(s),为无穷大的,s,的取值。,G(s),R(s),C(s),自动控制系统的数学描述：传递函数G(s)：所有控制系统的传递,反馈系统的稳定性分析：,G2(s),R(s),C(s),G1(s),+,-,R1(s),G(s)=G1(s)G2(s),称为反馈回路的开环传递函数，可以通过分析,G(s),的行为来考察反馈回路的稳定性，即当,G(s)=-1,或接近-1时系统将变得不稳定.,反馈系统的稳定性分析：G2(s)R(s)C(s)G1(s)+,开环传递函数的幅频特性（波特图）：,开环传递函数的幅频特性（波特图）：,反馈带宽(,kHz),相角裕量(,degree),增益裕度(,db),40,o,10db,9kHz,开环传递函数稳定性判据：,相位在低频段趋向于180度（即保证系统是负反馈系统）。,在增益大于0的区间，相位必须大于0度。,在相位等于或接近0度时,增益必须小于0。,反馈带宽(kHz)相角裕量(degree)增益裕度(db)4,开环传递函数的幅频特性的测量：,G2(s),R(s),C(s),G1(s),+,-,R1(s),如何测得开环传递函数,G(s)=G1(s)G2(s)?,G2(s),R(s),C(s),G1(s),+,-,R1(s),A,B,A,B,f,网络分析仪,G(s)=A(s)/B(s),A/B,开环传递函数的幅频特性的测量：G2(s)R(s)C(s)G1,输出量,Vo,输入量,反馈量,控制量,Ve,控制量,If,控制量,D,内环 反馈量,内环,输入量,B A,Source,输出量 Vo输入量反馈量控制量 Ve控制量 If控制量 D内,模块电源的反馈电路和设计方法课件,常见电路的传递函数：,R,C,L,复祖抗,传递函数,常见电路的传递函数：RCL复祖抗传递函数,常见电路的传递函数：,R,C,Ui,Uo,一階極點,常见电路的传递函数：RCUiUo一階極點,常见电路的传递函数：,C,Ui,Uo,R2,R1,一階極點,一階零點,常见电路的传递函数：CUiUoR2R1一階極點一階零點,常见电路的传递函数：,C,Ui,Uo,L,R,二階極點,常见电路的传递函数：CUiUoLR二階極點,光耦电路的传递函数：,ton:15us,toff:510us,CTR=Ic/If,TL181,CTR:,12,光耦电路的传递函数：ton:15usCTR=Ic/If,光耦电路的传递函数：,一階極點,光耦电路的传递函数：一階極點,积分器的传递函数：,C,Ui,Uo,R,R1,Vref,-,+,积分器的传递函数：CUiUoRR1Vref-,PI,调节器的传递函数：,C1,Ui,Uo,R2,R1,R3,Vref,-,+,PI调节器的传递函数：C1UiUoR2R1R3Vref-,PI,调节器的传递函数：,C1,Ui,Uo,R2,R1,R3,Vref,C2,-,+,当 时,PI调节器的传递函数：C1UiUoR2R1R3VrefC2-,PI,调节器的设计原则：,C1,Ui,Uo,R2,R1,R3,Vref,C2,-,+,零点凭率为1/(,R1C1),极点频率为1/(,R1C2),零点频率必须小于极点频率，即,C2C1,R2,仅与增益有关，与零极点无关。,R3与反馈特性无关，仅与电压设置有关。,PI调节器的设计原则：C1UiUoR2R1R3VrefC2-,开关电源反馈电路的设计：,分析固有电路（包括主功率电路,PWM,控制器,光耦等）的相位极性,确定控制器的极性,保证负反馈连接。,确定固有电路的极点分布情况，一般有输出滤波器的二阶极点，光耦的一阶极点，功率电路的特殊极点等。,设计反馈控制器，选择适当的零点补偿频率最低的极点,。,一般补偿12个极点，补偿的极点越多系统的动态响应越好。,确定反馈控制器的增益，以获得最大的带宽，同时保证足够的增益裕度和相角裕量。在无法准确估计系统增益的情况下，可尝试较小的增益设计，以使系统稳定，再尝试较大的增益，以获得良好的动态性能。,开关电源反馈电路的设计：分析固有电路（包括主功率电路,PW,模块电源的反馈电路和设计方法课件,二阶极点,一阶极点,一阶极点,零点,零点,零点,二阶极点一阶极点一阶极点零点零点零点,开关电源反馈电路产生震荡的原因：,零极点发生偏移。极点往低频段偏移，或增加了新的极点都有可能导致系统不稳。,系统增益发生变化。如光耦的增益发生变化，,PWM,控制器的三角波斜率发生变化。,消除震荡的方法：,降低控制器的增益。,降低零点频率。,让系统开环，用网络分析仪测试其开环传递函数，以确定零极点分布和增益情况，再采取相应对策。,开关电源反馈电路产生震荡的原因：零极点发生偏移。极点往低频段,反馈带宽(,kHz),相角裕量(,degree),增益裕度(,db),40,o,10db,9kHz,良好的幅频特性新对应于良好的稳定性和快速的动态响应：,相角裕量大于50,o,增益裕度大于15db,带宽大于20,kHz,反馈带宽(kHz)相角裕量(degree)增益裕度(db)4,