环路补偿问题.docx

电源控制模块
回顾我们在学校学习过的控制理论知识便知,所有控制系统均可以通过传输函数模块得到简化。峰值电流模式控制电源转换器中的电压控制环路也不例外。电压环路(TV(f)) 可以简化表示为不同传输模块的积(请参见图 1)。首先是功率级控制输出传输函数(GCO(f)),其表示为输出电压变化(∆VOUT) 与控制电压变化(∆VC) 的比。请注意,该模块实际为脉宽调制(PWM) 调制器增益(K) 和电源输出滤波器增益(GF(f)) 的组合。其次通常为控制传输函数(GC(f)) 的输出有时称作补偿传输函数,可以表示为∆VC与∆VOUT 变化的比。如果使用了光隔离器,则也会有一个传输函数模块 GOPTO(f),其位于模块 K 和–GC(f) 模块之间的连线上。
图 1 简化后的电源电压环路模块结构图
图 2 显示了一个峰值电流模式控制正向转换器的功能示意图,如图 1 结构图所示。控制模块由一些虚线区分。
图 2 简化后的电源电压环路结构图
起初,峰值电流模式控制背后的想法是控制通过功率级电感的平均电流,从而使它看起来像是一个去除了双极的电流源,而该双极出现在输出电容(COUT) 和功率级电感(LOUT) 的交互作用之间。图 3 显示了这种模型的控制结构图。
图 3将电感建模为一个电流源的峰值电流模式控制
图 2 的简化控制输出传输(GCO(f)) 函数表示如下。其中,(a) 为变压器匝数比,而 RLOAD 为转换器输出负载阻抗。COUT 为转换器输出滤波器电容,而 RESR 为 COUT 的等效串联电阻。由该控制输出传输函数,您会看到 COUT 和 RESR 交互作用之间有一个零点,并在 RLOAD 和 COUT 交互作用之间有一个极点。
随着时间的流逝,工程师在使用峰值电流模式控制时发现了一个大约在半开关频率(fs) 出现的 GCO(f) 双极(fPP)。下列方程式描述了峰值电流模式正向转换器的 GCO(f),包括 fPP 的影响。请注意,如果您使用网络分析仪对正向转换器进行分析时,您会发现这种传输函数并没有精确地匹配模型描述情况。由于 RESR 和 COUT 交互作用出现的零位(FZCO) 随负载移动。fPP 出现在略微超出半开关频率时。在没有一个精确模型的情况下,您到底会如何对电压环路进行补偿呢?您可以循规蹈矩,遵循其他工程师已使用多年的老办法。也就是使用一个网络分析仪,根据测得的 GCO(f) 来补偿电压环路,并遵循一些简单原则来获得稳定性(本文将有所介绍)。
斜率补偿
人们在峰值电流模式控制转换器中发现,存在占空比突然改变引起的次谐波振荡。这是因为由于控制电压(VC) 无法足够快地校正占空比改变,因而占空比改变便会导致平均输出电流(IOUT1, IOUT2) 误差。为对这一误差进行校正,人们设计了一种的被称作斜率补偿的方法。这种方法将三角电压波形添加到电流感应信号(V2=VSLOPE+VRSENSE),该信号强制平均输出电流不随占空比改变而变化。更多详情,请参见图 4。
人们在峰值电流模式控制转换器中发现,存在占空比突然改变引起的次谐波振荡。这是因为由于控制电压(VC) 无法足够快地校正占空比改变,因而占空比改变便会导致平均输出电流(IOUT1, IOUT2) 误差。为对这一误差进行校正,人们设计了一种的被称作斜率补偿的方法。这