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设计控制环路

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wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:45 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
反激设计实例:

条件: 输入 85-265V交流,整流后直流100-375V

输出 12V/5A

初级电感量 370uH

初级匝数:40T,次级:5T

次级滤波电容1000uF X 3=3000uF

震荡三角波幅度。2.5V

开关频率100K

电流型控制时,取样电阻取0.33欧姆

下面分电压型和峰值电流型控制来设计此电源环路。所有设计取样点在输出小LC前面。

如果取样点在小LC后面,由于受LC谐振频率限制,带宽不能很高。

1) 电流型控制

假设用3842,传递函数如下


此图为补偿放大部分原理图。RHZ的频率为33K,为了避免其引起过多的相移,一般取带宽为其频率的1/4-1/5,我们取1/4为8K。


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沙发
wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:46 | 只看该作者

分两种情况:

A) 输出电容ESR较大



输出滤波电容的内阻比较大,自身阻容形成的零点比较低,这样在8K处的相位滞后比较小。


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wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:46 | 只看该作者

Phanse angle = arctan(8/1.225)-arctan(8/0.033)-arctan(8/33)= --22度。

另外可看到在8K处增益曲线为水平,所以可以直接用单极点补偿,这样可满足-20dB/decade的曲线形状。省掉补偿部分的R2,C1。

设Rb为5.1K,则R1=[(12-2.5)/2.5]*Rb=19.4K。

8K处功率部分的增益为 -20* log(1225/33)+20* log19.4 = -5.7dB

因为带宽8K,即8K处0dB

所以8K处补偿放大器增益应为5。7dB, 5.7-20* log( Fo/8)=0

Fo为补偿放大器0dB增益频率

Fo= 1/(2*pi*R1C2)=15.42

C2= 1/(2*pi*R1*15.42)=1/(2*3.14*19.4*15.42)=0.53nF

相位裕度: 180-22-90=68 度



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wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:46 | 只看该作者


输出滤波电容的内阻比较大,自身阻容形成的零点比较高,这样在8K处的相位滞后比较大。




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wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:47 | 只看该作者

Phanse angle = arctan(8/5.3)-arctan(8/0.033)-arctan(8/33)= -47度。

如果还用单极点补偿,则带宽处相位裕量为180-90-47=43度,偏小。用2型补偿来提升。

三个点的选取,第一个极点在原点,第一的零点一般取在带宽的1/5左右,这样在带宽处提升相位78度左右,此零点越低,相位提升越明显,但太低了就降低了低 频增益,使输出调整率降低,此处我们取1.6K。第二个极点的选取一般是用来抵消ESR零点或RHZ零点引起的增益升高,保证增益裕度。我们用它来抵消 ESR零点,使带宽处保持-20db/10 decade 的形状,我们取ESR零点频率5.3K。


数值计算:

8K处功率部分的增益为 -20* log(5300/33)+20* log19.4 = -18dB

因为带宽8K,即最后合成增益曲线8K处0dB

所以8K处补偿放大器增益应为18dB, 5.3K处增益=18+20log(8/5.3)=21.6 dB

水平部分增益= 20logR2/R1=21.6 推出R2=12*R1=233K

fp2=1/2*pi*R2C2 推出C2=1/(2*3.14*233K*5.4K)=127pF。

fz1=1/2*pi*R2C1 推出 C1=1/ (2*3.14*233K*1.6K)=0.427nF。

相位





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wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:47 | 只看该作者





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7
wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:47 | 只看该作者

fo 为LC谐振频率,注意Q值并不是用的计算值,而是经验值,因为计算的Q无法考虑LC串联回路的损耗(相当于电阻),包括电容ESR,二极管等效内阻,漏感和绕组电阻及趋附效应等。在实际电路中Q值几乎不可能大于4—5。



由于输出有LC谐振,在谐振点相位变动很剧烈,会很快接近180度,所以需要用3型补偿放大器来提升相位。其零,极点放置原则是这样的,在原点有一极点来提 升低频增益,在双极点处放置两个零点,这样在谐振点的相位为-90+(-90)+45+45=-90。在输出电容的ESR处放一极点,来抵消ESR的影 响,在RHZ处放一极点来抵消RHZ引起的高频增益上升。


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wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:48 | 只看该作者


元件数值计算,为方便我们把3型补偿的图在重画一下。



蓝色为功率部分,绿色为补偿部分,红色为整个开环增益。

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wangdezhi|  楼主 | 2013-12-26 23:48 | 只看该作者

如果相位裕量不够时,可适当把两个零点位置提前,也可把第一可极点位置放后一点。

同样假设光耦CTR=1,如果用CTR大的光耦,或加有其他放大时,如同时用IC的内部运放,只需要在波得图上加一个直流增益后,再设计补偿部分即可。这时要求把IC内部运放配置为比例放大器,如果再在内部运放加补偿,就稍微麻烦一点,在图上再加一条补偿线。


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