葫芦电子社区-电子元器件库存搜索引擎，为您网罗全球厂商代理商库存

  • 首页
  • 新手必读：开关电源控制环路设计

新手必读：开关电源控制环路设计

发布时间:2024-12-15 21:59:19  
技术咨询
代买器件
商务客服
研发客服

图片

图片



1、环路和直流稳压电源的关系
稳压电源工作原理

图片

我们需要什么样的电源？

图片 2、与环路相关的基本概念

电源系统框图

图片

Bode图（由奈奎斯特图测定稳态裕量是很麻烦的）

图片

穿越频率和相位裕量，增益裕量
■ 穿越频率fc（crossover frequency）:增益曲线穿越0dB线的频率点
■相位裕量phase margin）:相位曲线在穿越频率处的相位和-180度之间的相位差
■增益裕量(Gain margin):增益曲线在相位曲线达到-180度的频率处对应的增益

图片

环路稳定性判据
根据奈奎斯特稳定性判据，当系统的相位裕量大于0度时，此系统是稳定的。
■ 准则1：在穿越频率处，总开环系统要有大于30度的相位裕量；
■ 准则2：为防止-2增益斜率的电路相位快速变化，系统的开环增益曲线在穿越频率附近
的增益斜率应为-1（ -20db/10倍频程)
■ 准则3: 增益裕量是开环系统的模的度量，该变化可能导致曲线刚好通过-1 点。一般需要6db的增益裕量。
备注：应当注意，并不是绝对要求开环增益曲线在穿越频率附近的增益斜率为必须为-1，但是由于-1增益斜率对应的相位曲线相位延迟较小，且变化相对缓慢，因此它能够保证，当某些环节的相位变化被忽略时，相位曲线仍将具有足够的相位裕量，使系统保持稳定。
要满足上述的3个准则，我们需要知道开环系统所有环节的增益和相位情况，引入传递函数，零极点的概念可以很好的分析这个问题。。。
传递函数零点极点

图片

如果输入和反馈支路是由不同的电阻和电容构成的，则幅频和相频曲线将会有许多种形式。
把阻抗Z1和Z2用复变量s(s=jw)表示，经过一系列的数学运算，将会得到传递函数。由传递函数就可以绘制增益/相位曲线。
通过代数运算，把G(s)表示为G(s)=N(s)/D(s),其分子和分母都是s的函数，
然后将分子和分母进行因式分解，表示成多个因式的乘积，即
G(s)=N(s)/D(s)=[(1+s/2*pi*fz1)(1+s/2*pi*fz2)(1+/2*pi*fz3)]/
[（s/2*pi*f0）*(1+s/2*pi*fp1)*( 1+s/2*pi*fp2)* (1+s/2*pi*fp3)]，
分子中对应的频率fz为零点频率，而与分母中对应的频率称fp为极点频率。f0称为初始极点。
零极点频率引起的增益斜率变化规则

图片

尝试用零点极点来分析一个Type II补偿器

图片

转折频率Fz和Fp的设置。
Fz和Fp相距越远，相位裕量就越大。这样会使低频增益减小，降低了抑制低频纹波的衰减效果。同样高频增益增大，就会使高频窄噪声尖峰以更大的幅值通过。如果Fz在Fz2而不再Fz1，则在低频F1的增益是G1而不是G2；如果Fp在Fp2而不再Fp1,则在高频Fh的增益是G3而不是G4。
低频增益和纹波的关系
小信号模型

图片


3、常用的补偿控制器
常用的补偿控制器-Type II

图片

常用的补偿控制器-Type III

图片

4、模拟环路设计流程
模拟环路设计流程
1、收集系统参数，例如输入电压，输出电压，滤波参数等，并确定开关频率
2、确定功率级的零极点
3、确定穿越频率和补偿器的类型
4、确定所需要的补偿器的零极点
5、计算实际的电阻电容参数
设计实例-一个简单的同步降压buck电路（电压型）

图片

步骤1：收集系统参数

图片

步骤2：确定功率级的零极点

图片

由输出滤波电感和电容引起的双极点：

图片

由输出电容RSR引起的零点

图片

图片

从上面的曲线中，我们可以计算出电压环的穿越频率：
然后还可以计算出电压环的相位裕量：
问题：到目前为止开环系统已经是稳定的，还需要设计环路吗？
步骤3：确定穿越频率和补偿器的类型
根据采样定理，穿越频率(fc)必须小于开关频率的1/2,但实际上穿越频率必须远小于开关频率的1/2,否则在输出中将会有很大的开关纹波。这里开关频率为200k,我们选择穿越频率20KHz（1/10开关频率）。
因为fpo<fzo< fc <fs/2，我们选择Type II型补偿器.(可对照上一页分析原因)
步骤4：确定所需要的补偿器的零极点

图片

步骤5：计算实际的电阻电容参数

图片

补偿器的bode图

图片

系统开环bode图

图片

5、数字和模拟环路的差别
模拟控制的电源-----s域（连续）

图片

数字控制的电源-----z域（离散）

图片

数字控制的电源设计方法（直接/间接）

图片

6、相关仪器和软件的使用
环路分析仪-环路设计最给力的助手

图片

Mathcad
简介：Mathcad是一种交互式数值计算系统，当输入一个数学公式、方程组、矩阵等，计算机将直接给出计算结果，而无须去考虑中间计算过程,就像打草稿一样简单，是一种“所见即所得”的计算工具。因而MathCad在很多科技领域中承担着复杂的数学计算,图形显示和文档处理，是工程技术人员不可多得的有力工具。
Mathcad有五个扩展库，分别是求解与优化、数据分析、信号处理、图像处理和小波分析。
主要运算功能：代数运算、线性代数、微积分、符号计算、2D和3D图表、动画、函数 、程序编写、逻辑运算、变量与单位的定义和计算等。
个人评价：Mathcad集编程，计算，显示，文档记录于一体。非常适合电源开发计算应用（比如设计计算书等），能显著提高开发效率，强烈推荐大家使用！
前面的环路设计实例就是利用Mathcad完成，整个环路设计过程就是一个数学计算，将复杂的数学运算交给Mathcad去解决吧！
仿真软件-saber
简介：被誉为全球最先进的系统仿真软件，也是唯一的多技术、多领域的系统仿真产品，现已成为混合信号、混合技术设计和验证工具的业界标准，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，这也是SABER的最大特点。SABER作为混合仿真系统，可以兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，便于在不同层面上分析和解决问题，其他仿真软件不具备这样的功能。SABER的仿真真实性很好，从仿真的电路到实际的电路实现，期间参数基本不用修改。
主要功能：
（1）原理图输入和仿真
（2）数据可视化和分析
开关的原边控制开关电源（PSR），采用PFM 调频技术，提供精确的恒压/恒流（CV/CC）控制环路，稳定......
产品的可靠性和稳定性。因此，要关注控制环路稳定性，必须要对开关电源的控制环路响应进行测试和验证。 开关电源的环路响应测试如此重要，今天我们聊聊如何利用高精度实时示波器进行电源控制环路响应测试。 开关电源......
新手必读：开关电源控制环路设计; 1、环路和直流稳压电源......
输出电压过高时，一般检查电源稳压或稳压控制电路。通常直流输出、取样电阻、电源控制等电路构成闭合控制环，任何问题都会导致输出电压升高。 开关电源输出电压过低，除了稳压控制电路会导致输出电压过低外，开关电源......
损耗、输入电源质量、输出纹波测试等以外，我们还会涉及到环路响应测试。 环路响应测试帮助评估开关电源的稳定性，利用伯德图来观察电源控制环路在不同频率下的增益和相位，是一种被广泛采用的高效且直观的判断环路......
维修开关电源，老板会觉得你在磨洋工？; 维修电工如何维修开关电源？大部分是功率元件损坏，其次才是辅助元件！ 干货★★★★★资料......
输出纹波主要来源于五个方面：低频输入纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、闭环调节控制引起的纹波噪声。 抑制这些纹波的通常方法是：加大滤波电路中电容容量、采用LC滤波电路、采用多级滤波电路、以线性电源代替开关电源......
直流电压通过高频功率器件进行变换后进行整流滤波而实现的稳压输出中，一般会含有与开关工作频率相同频率的高频纹波。 其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计......
频功率变换电路中，输入直流电压通过高频功率器件进行变换后进行整流滤波而实现的稳压输出中，一般会含有与开关工作频率相同频率的高频纹波。 其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计......
，而不必在每次需求更改时重新设计模拟设计• 通过在同一 MCU 上支持其他系统功能来降低系统成本本文介绍了使用基于灵活的 32 位、低成本、高性能微控制器的 （线路电平控制）的数字电源控制......
平台入驻

我们与500+贴片厂合作，完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页，多渠道推广，SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

原厂代理商合作

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力，原厂代理能轻松打入消费物联网（IOT）、信息与通信（ICT）、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

闲置物料合作

充分利用其强大的电子元器件采购流量，创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术，不仅可以助你轻松识别与连接到需求方，更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

生态合作

我们的目标很明确：构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前，我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

加工与定制类服务商合作

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性，因此，我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上，您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师，以及10万的活跃客户群体...详细>>

线上代理合作

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术，我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品，都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

邮件营销及广告服务

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环，从引流、宣传到最终销售，全程跟进，确保每一个potential lead都得到妥善处理，从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>