【導(dǎo)讀】說到環(huán)路,我相信對于電源工程師來說都是個頭疼的問題。經(jīng)常會有初學(xué)者在設(shè)計一款電源后,調(diào)試時發(fā)現(xiàn)波形雜亂,還伴隨著花里胡哨的震蕩,但又無從下手。因為環(huán)路理論涉及的知識比較廣,確實不是看一篇兩篇文章就能搞懂的,因此我計劃開設(shè)一個小專題,專門來研究環(huán)路。
說到環(huán)路,我相信對于電源工程師來說都是個頭疼的問題。經(jīng)常會有初學(xué)者在設(shè)計一款電源后,調(diào)試時發(fā)現(xiàn)波形雜亂,還伴隨著花里胡哨的震蕩,但又無從下手。因為環(huán)路理論涉及的知識比較廣,確實不是看一篇兩篇文章就能搞懂的,因此我計劃開設(shè)一個小專題,專門來研究環(huán)路。我們不從繁瑣的理論知識去學(xué)習(xí)和認(rèn)知環(huán)路,而是通過一個實際案例來分析關(guān)于環(huán)路的方方面面,碰到環(huán)路問題就想解決辦法。希望大家都能有所收獲。
開篇,我舉一個開關(guān)電源調(diào)試過程中會碰到的一個常見的問題:
我們在調(diào)試的時候,可能會遇到波形劇烈抖動,且無規(guī)律,可能還伴隨著大小波的情況。遇到這種現(xiàn)象那么我們就要考慮是不是我們的環(huán)路設(shè)計出現(xiàn)了問題。
一、反激介紹——穩(wěn)壓電源是如何工作的?
從圖中我們可以看出,一個開關(guān)電源是有功率級+調(diào)制器+補(bǔ)償器組成的。我們前面有分析過反激變換器的工作原理以及計算,在這里進(jìn)行一個小總結(jié):
1、Vout 每時每刻參考 Vref 進(jìn)行比較以獲得誤差 ?= Vref –k*Vout 。
2、誤差補(bǔ)償?shù)玫娇刂菩盘枴?/div>
3、調(diào)制器將控制信號轉(zhuǎn)移到 PWM。
4、功率級做出反應(yīng)以盡可能地減小 ?。
經(jīng)過上述過程,我們就能理解反激變換器在閉環(huán)控制時的工作過程。
那么,客戶想要一個啥樣的電源呢?
1、穩(wěn)定--無論負(fù)載、輸入、溫度和其他條件如何。
2、精準(zhǔn)--輸出就是我們想要的。
3、快速--對任何傳入擾動(例如負(fù)載瞬變)的快速反應(yīng)。
一、反激穩(wěn)態(tài)——什么是極點(diǎn)、零點(diǎn)和bode圖?
概念我就不在這里啰嗦了,后續(xù)我們會逐一討論。先來看看,對于一個電路開環(huán)的傳遞函數(shù)是啥樣的?
求解 N(s)=0 得到零,求解 D(s)=0 得到極點(diǎn)。舉個例子:
我們分別令分子、分母=0,可以得到:
根據(jù)以上式子我們可以畫出響應(yīng)的bode圖,也就是增益和相位:
實際中,我們得到的不是這種圖像,而是平滑曲線。
了解了相關(guān)傳遞函數(shù),我們就來分析震蕩是怎么產(chǎn)生的,我們?nèi)绾稳ケ苊庹鹗帲?/div>
我們先來看看反激的閉環(huán)系統(tǒng)是長啥樣的?
前面我們小結(jié)了一波反激變換器的閉環(huán)工作方式,我們在這里直接用方框圖來說明。K:反饋,G(s):補(bǔ)償,F(xiàn)(s):PWM控制器,H(s):功率級。由此我們可以寫出,該閉環(huán)控制環(huán)路的傳遞函數(shù):
從中我們可以看到,KG(s)F(s)H(s)是一個開環(huán)的傳遞函數(shù),如果出現(xiàn)分母為零,那么該等式就無解,也就是說系統(tǒng)永遠(yuǎn)也不會穩(wěn)定,就會出現(xiàn)自激振蕩的現(xiàn)象:
但是,一般我們實際測試過程中,用的最多的是環(huán)路分析儀,這些等式只是在理論分析的過程中才會用到,那么實際我們通過環(huán)路分析儀測試出來的bode圖如何去判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定呢?
我們首先要了解,環(huán)路分析儀出來后,有一個相位phase和一個增益gain,我們怎么去看。
一般而言,測試出來橫坐標(biāo)都是頻率的十倍頻,雙坐標(biāo)系中有dB單位的是對應(yīng)的增益,以多少°對應(yīng)的是相位。從圖中我們可以得到啥呢?首先是增益的過零點(diǎn)處,所對應(yīng)的的橫坐標(biāo)我們叫穿越頻率,增益過零點(diǎn)處對應(yīng)的相位與180°的差值的絕對值為相位裕度,相位過180°處所對應(yīng)的增益與0dB的差值的絕對值是增益余量。
知道這寫bode圖上的信息后,我們還需要了解這些穿越頻率、相位裕度、增益余量到低多少合適?
對于增益余量,我們希望每個周期的單次噪聲都可以衰減到1/4,即:
我們通過圖中可以了解到:
1)Q 因子為 0.5(臨界響應(yīng))意味著相位裕度為 76°
2)45°的相位裕度對應(yīng)于 1.2 的 Q:振蕩響應(yīng)!
了解了以上信息,到底啥樣的bode圖是我們所需要的呢?
總結(jié)一下:
穩(wěn)定--較高的相位裕度
快速--合適的帶寬(即穿越頻率)
精準(zhǔn)--高直流增益
其實,這些圖像我們在分析的時候可以用mathcad去畫出來的,首先我們需要算出反激的傳遞函數(shù),舉個例子:
要去畫出系統(tǒng)的小信號模型,其次針對反饋、控制器、功率級進(jìn)行重點(diǎn)拆分,即影響環(huán)路的器件,最后就能列出表達(dá)式:
這個怎么寫出來的,后面我們也會一一講到。接下來我們就可以根據(jù)等式代入已知量:
三、補(bǔ)償環(huán)路設(shè)計
在設(shè)計之前我們要了解,補(bǔ)償器的基本原型:
1、Type1:1極點(diǎn)在原點(diǎn),無相位提升
2、Type2:原點(diǎn)1極點(diǎn),1零1極,相位提升至90°
3、Type3:原點(diǎn)1極點(diǎn),2零2極,相位提升至180°
我們在反激變換器中,常用的是TYPE2,所以針對type2我們著重講解一下。首先為了直觀的反應(yīng)補(bǔ)償機(jī)理,我們用運(yùn)放來進(jìn)行分析。
根據(jù)運(yùn)放的虛短虛斷,我們可以得到傳遞函數(shù):
由于C2遠(yuǎn)大于C1,我們假若沒有C1可以得到:
根據(jù)前面章節(jié)提到的算法,我們可以畫出type2的bode圖:
也就反映出,這種補(bǔ)償電路在環(huán)路中的補(bǔ)償形式。具體來看電容在環(huán)路增益中起到了哪些作用呢?
(來源:星球號,作者:liuxiaofei126 )
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計
- ADI電機(jī)運(yùn)動控制解決方案 驅(qū)動智能運(yùn)動新時代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 貿(mào)澤電子持續(xù)擴(kuò)充工業(yè)自動化產(chǎn)品陣容
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺
- 中微公司成功從美國國防部中國軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
晶體諧振器
晶體振蕩器
晶閘管
精密電阻
精密工具
景佑能源
聚合物電容
君耀電子
開發(fā)工具
開關(guān)
開關(guān)電源
開關(guān)電源電路
開關(guān)二極管
開關(guān)三極管
科通
可變電容
可調(diào)電感
可控硅
空心線圈
控制變壓器
控制模塊
藍(lán)牙
藍(lán)牙4.0
藍(lán)牙模塊
浪涌保護(hù)器
雷度電子
鋰電池
利爾達(dá)
連接器
流量單位