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开关电源中控制器特性分析举例

发布时间:2008/10/9 0:00:00 访问次数:501

  假设控制对象为buck转换器,已知其控制一输出传递函数为:

  考虑esr零点时,

  式中 rc——滤波电容的esr,假设滤波电感的电阻可以忽略。

  g(s)有一个esr零点:ωz=-1/rcc,位于左半s平面;谐振频率 ,阻尼系数2ζ=(rcc+l/r)ωr≈ωrl/r,品质因数

  由于g(s)有高频esr零点,在ωc处相位滞后

  并使g(s)幅频特性的斜率由-2变成-1。

  下面分析采用比例和比例一积分控制器对esr=0的理想buck转换器系统特性进行校正的设计方法和问题。

  (1)选用比例控制器,比例系数为kp,则控制器的传递函数为

  忽略esr零点时,未加控制器时buck转换器的幅频特性,如图中的曲线1所示;加比例控制器后,系统的开环传递函数为



  图1 用比例控制器的buck开关电源bode图

  其幅频特性如图1中曲线2所示。显然可知,采用比例控制器后,电源的幅频特性低频段增益低,在增益交越频率ωr处,相位为-180°,才目位裕量为0,系统不稳定。

  (2)选用比例-积分控制器,比例系数为kp,则控制器的传递函数为

  这时系统的开环传递函数为

  其bode图如图2所示。


  图2 用比例积分控制时buck开关电源的bode图

  可知,采用比例一积分控制器,相当于在s平面原点增加一个极点,确实提高了电源的低频段增益;但在频率大于谐振频率ωo时,增益按-3的斜率下降,增益交越频率ωc处,相位为-270°。相位滞后太多,系统还是不稳定。

  为了补偿积分控制器产生的相位过于滞后,在积分补偿网络的传递函数中,可以增设低频零点(位于增益交越频率以下);此外,为了衰减高频噪声,还要增设极点,使在ωc处的相位小。因此有多种补偿形式,如增设单极点、单零点的pi补偿网络,也可以增设双极点、双零点,甚至三极点,双零点等的pi补偿网络。

欢迎转载,信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com)



  假设控制对象为buck转换器,已知其控制一输出传递函数为:

  考虑esr零点时,

  式中 rc——滤波电容的esr,假设滤波电感的电阻可以忽略。

  g(s)有一个esr零点:ωz=-1/rcc,位于左半s平面;谐振频率 ,阻尼系数2ζ=(rcc+l/r)ωr≈ωrl/r,品质因数

  由于g(s)有高频esr零点,在ωc处相位滞后

  并使g(s)幅频特性的斜率由-2变成-1。

  下面分析采用比例和比例一积分控制器对esr=0的理想buck转换器系统特性进行校正的设计方法和问题。

  (1)选用比例控制器,比例系数为kp,则控制器的传递函数为

  忽略esr零点时,未加控制器时buck转换器的幅频特性,如图中的曲线1所示;加比例控制器后,系统的开环传递函数为



  图1 用比例控制器的buck开关电源bode图

  其幅频特性如图1中曲线2所示。显然可知,采用比例控制器后,电源的幅频特性低频段增益低,在增益交越频率ωr处,相位为-180°,才目位裕量为0,系统不稳定。

  (2)选用比例-积分控制器,比例系数为kp,则控制器的传递函数为

  这时系统的开环传递函数为

  其bode图如图2所示。


  图2 用比例积分控制时buck开关电源的bode图

  可知,采用比例一积分控制器,相当于在s平面原点增加一个极点,确实提高了电源的低频段增益;但在频率大于谐振频率ωo时,增益按-3的斜率下降,增益交越频率ωc处,相位为-270°。相位滞后太多,系统还是不稳定。

  为了补偿积分控制器产生的相位过于滞后,在积分补偿网络的传递函数中,可以增设低频零点(位于增益交越频率以下);此外,为了衰减高频噪声,还要增设极点,使在ωc处的相位小。因此有多种补偿形式,如增设单极点、单零点的pi补偿网络,也可以增设双极点、双零点,甚至三极点,双零点等的pi补偿网络。

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