開(kāi)關(guān)電源的環(huán)路設計及仿真

　　若R1>>R3，C2>>C1，有：

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　　為在fc點(diǎn)獲得θ的超前補償，有：

　　fL使低頻增益加大，提高穩壓精度;fz引入相位超前補償，增加相位裕度;fp1、fp2使高頻干擾衰減。注意滿(mǎn)足：R1>>R3，C2>>C1。

　　3.2補償網(wǎng)絡(luò )設計實(shí)例 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

　　畫(huà)出Tu的Bode圖之后，就可以設計補償網(wǎng)絡(luò )了。下面對幾個(gè)實(shí)際電路進(jìn)行分析。

　　3.2.1 非隔離的電壓型BUCK(TPS40007)

　　輸入5.5V，輸出3.3V/5A，開(kāi)關(guān)頻率fs=300kHz。按照TPS40007的內部結構，鋸齒波的幅值是Vm=0.9V，所以控制電壓Vc到占空比D的傳遞函數Gain=1/Vm。補償網(wǎng)絡(luò )的設計步驟如下：　

　　/psimu/ZXTJ/TJ6700/small signal 3V

　　第一步：去掉補償網(wǎng)絡(luò )，對控制電壓Vc(即補償網(wǎng)絡(luò )的輸出)進(jìn)行直流掃描，找到使Vo=3.3V時(shí)的Vc值，將Vc的直流分量設為次值，即設置了電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

　　第二步：對Vc進(jìn)行交流掃描，得到未補償的Vc到Vo的傳遞函數Tu。Tu的直流增益為15.7dB，交越頻率為10.5kHz。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

　　第三步：設計補償網(wǎng)絡(luò )參數。由于是電壓型控制，所以采用PID補償。設補償后的交越頻率fc=20kHz，在fc處得到60°的相位補償;而Tu在fc處的增益是dbGc=-12.38;設置極點(diǎn)fp2=180kHz以抑制高頻干擾;R1=36K。按上述參數得到補償網(wǎng)絡(luò )的反饋參數：R2=40K(取39k), C2=7.4nF(取4.7nF),C1=53pF(取47pF),R3=1k, C3=820pF(取1nF)。

　　仿真結果：fc=24.7kHz, 相位裕度φm=43°。下面是實(shí)測的環(huán)路BODE 圖?！?信息來(lái)源:http://tede.cn

　　實(shí)測的交越頻率及相位裕度都比仿真的大些，這是由于頻率高了以后，電路的分布參數影響的結果。

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　　3.2.2 隔離的電流型BUCK(TDA16888)

　　輸入400Vdc，輸出54V/5A，開(kāi)關(guān)頻率fs=100kHz?！?/p>

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　　/psimu/zx500W/main/small signal1

　　為便于補償網(wǎng)絡(luò )的設計，將光藕部分也歸入未補償的傳遞函數Tu，即：只將補償網(wǎng)絡(luò )分開(kāi)。那么Tu是光藕的輸入Vc(補償網(wǎng)絡(luò )運放的輸出)到輸出Vo的傳遞函數。

　　補償斜率mva的計算：芯片15腳的外接電容100pF，通過(guò)內部的10K電阻充電，時(shí)間常數只有1us，電源的開(kāi)關(guān)頻率是100kHz，在電流信號與Vc比較的瞬間，外接電容已經(jīng)基本充滿(mǎn)了電，對斜率補償沒(méi)有多大影響，實(shí)際上此處電容的作用只是消除電流檢測波形前端的尖峰。對環(huán)路特性有影響的斜率是指鋸齒波與Vc比較時(shí)的斜率。TDA16888芯片內部是將電流檢測信號放大了5倍，即加在電流鋸齒波信號上的補償斜率是電流信號本身斜率的4倍。根據實(shí)際電路結構，可以算出在變壓器原邊檢流電阻上的電流信號(實(shí)際是電壓信號)的斜率：

　　輸入電壓Vi=400V，變壓器變比n=2.875，輸出電感Lo=200uH，輸出電壓Vo=54V，輸出電感電流的上升斜率mi=(Vi/n-Vo)/Lo=0.425A/us，折合到原邊，電流上升斜率mip=mi/n=0.148A/us，在檢流電阻上的電壓上升率mv=mip*Rs(0.22)=0.0325V/us=32.5K V/s，也可以通過(guò)仿真直接得到電流斜率。由此得到補償斜率mva=4*mv=130K V/s。

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　　V9是芯片內部的壓降。

　　第一步：先得到Vc到Vo的傳遞函數Tu。方法是對Vc進(jìn)行DC掃描，得到使輸出電壓為Vo時(shí)的Vc值，從而確定了電路的工作點(diǎn)(Bias point)。設定Vc的直流分量為工作點(diǎn)的值，然后進(jìn)行AC掃描，得到Tu：DC增益32.84dB、轉折頻率fo=23.6Hz。

　　第二步：確定補償網(wǎng)絡(luò )的形式。因為是電流型控制，可以采用PI補償。補償前Tu的直流增益dbTuo=32.84dB，Tu的轉折頻率fo=23.57Hz，Tu的交越頻率fc’=1kHz。為提高系統的動(dòng)態(tài)響應，將補償后的fc提高到2kHz(由于光藕的帶寬只有10kHz左右，所以在有光藕隔離的場(chǎng)合，很難將交越頻率提得很高);為提高穩壓精度，加入零點(diǎn)fL=fc/10;為抑制高頻干擾，加入極點(diǎn)fp=10*fc;在確定R1=33k后，可以算出反饋網(wǎng)絡(luò )的參數：R2=64k C2=12nF C1=120pF

　　第三步：將補償網(wǎng)絡(luò )加入環(huán)路中，此時(shí)得到的電路就和實(shí)際的一樣了。進(jìn)行偏置點(diǎn)掃描(biaos point swip)，得到電路各點(diǎn)的電壓，與實(shí)際的測試結果比較，保證電路的參數設計合適，比如可以看看光藕的If是否合適。將環(huán)路中各器件設計到合適的工作點(diǎn)是保證電路在各種環(huán)境下穩定工作及長(cháng)的工作壽命的前提。注意：補償網(wǎng)絡(luò )的參數不會(huì )影響電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。確定環(huán)路的靜態(tài)工作點(diǎn)后，加入Lf、Cf及Vsti進(jìn)行AC掃描，得到整個(gè)系統補償后的開(kāi)環(huán)傳遞函數T?！?/p>

　　在上述仿真電路中，電感Lf很大，對直流信號相當于短路，所以不會(huì )影響整個(gè)環(huán)路的靜態(tài)工作點(diǎn)，Lf對交流信號來(lái)說(shuō)相當于開(kāi)路，所以仿真出的T是開(kāi)環(huán)傳遞函數;Cf也很大，對激勵源Vsti來(lái)說(shuō)相當于短路，從而引入激勵信號，Cf對直流信號相當于開(kāi)路，Vsti的任何直流分量不會(huì )影響環(huán)路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

　　從仿真結果可以看出，交越頻率fc處的相位裕度φm=66°，且頻率低于fc的最低相位裕度也有36°，所以系統是穩定的。下面是實(shí)測的開(kāi)環(huán)Bode圖。

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