控制环路设计原则.doc

反激型电源中的控制环路的设计经常主电路是根据应用要求设计的,设计时一般不会提前考虑控制环路的设计。假设主功率部分已经全部设计完成,然后来探讨环路设计。环路设计一般由下面几过程组成:1)根据实际要求和各限制条件确定带宽频率,既增益曲线的0dB频率。2)画出已知部分的频响曲线。3)根据步骤1)确定的带宽频率决定补偿放大器的类型和各频率点。使带宽处的曲线斜率为-1,画出整个电路的频响曲线。首先我们应该明白系统稳定的要求:在截止频率Fco(开环增益为1)处,总开环相位延迟必须小于180度,一般留有45度裕量。为防止-2的增益斜率的电路相位快速变化,系统的开环增益曲线在Fco附近的斜率应为-1。系统的各部分框图如下:图1上图包括了一下几个模块,其中:,为误差放大器传递函数;,光耦电路的增益;,控制电压到输出电压的传递函数已知部分的频响曲线是指除GEA(补偿放大器)外的所有部分的乘积,在BODE图上是相加。 首先确定剪切频率FCO。环路带宽当然希望越高越好,但受到几方面的限制:a)为了保证系统稳定,根据采样定理,剪切频率FCO必须小于开关频率的1/2,但实际上,FCO必须远远小于开关频率的1/2,否则在输出中将会有很大的纹波。b)M模式下,则存在着右半平面零点(RHZ)。这个零点的影响,RHZ随输入电压,负载,电感量大小而变化,几乎无法补偿,我们只有把带宽设计的远离它,一般取其1/4-1/5;c)补偿放大器的带宽不是无穷大,当把环路带宽设的很高时会受到补偿放大器无法提供增益的限制,及电容零点受温度影响等。所以一般实际带宽取开关频率的1/6-1/10。选定FCO后,在FCO处的T(总体传函)的增益为0,则GEA在FCO处的增益必须为GVCAOC在此处增益的倒数。然后确定除GEA(补偿放大器)外的所有部分,即系统的除GEA的传递函数。如果我们采用的3845的电流型控制模式,部分电路图如下:M下,系统的传函如下:在实际应用中,会有一个由输出电容的ESR引起的零点,则此时,系统的传递函数如下:其中的参数含义如下:CTR为TL431的电流传输比,R3位置如上图所示,R为TL431内部电阻,等级为K级,Ri为电流采样电阻,R0为负载电阻,RC为输出电容的ESR,CF为次级滤波电容,LP为初级电感,n为变压器次级匝数与初级匝数比,为电路稳定工作时的占空比,V0为电路的输出电压,Vg为输入电压的有效值,D’为(1-D)。画出此部分的bode图,如下:图3它的极点位置为,零点位置为:和。后一个零点为右半频面零点,通常这个零点的频率都比较大,其由上文可知,我们的截止频率一般选择这个零点的1/4-1/5,即我们的截止频率选择在我们的水平段。对于电流型控制系统,在开关频率的半频处,有两个极点,但是它们离截止频率很远,对我们的设计基本没有影响。此时,分两种情况,与接下来讨论的DCM模式下情况类似,下文一并讨论。在DCM下,系统的传递函数为:其中参数的含义如下:M相同部分外,K为效率,T为开关的频率。画出已知部分的频响曲线(EFGH)。如下图所示:图4一般来说,DCM的截止频率选择开关频率的1/6-1/M的截止频率选择为右半平面零点的1/4~1/5处,均高于由输出电容的ESR引起的零点,此时,GVCAOC在处的斜率是水平的,由于总增益