開(kāi)關(guān)電源中控制器特性分析舉例

　　假設控制對象為Buck轉換器，已知其控制一輸出傳遞函數為：

　　考慮ESR零點(diǎn)時(shí)，

　　式中 RC——濾波電容的ESR，假設濾波電感的電阻可以忽略。

　　G（s）有一個(gè)ESR零點(diǎn)：ωz＝-1/RcC，位于左半S平面；諧振頻率 ，阻尼系數2ζ＝（RcC＋L/R）ωr≈ωrL/R，品質(zhì)因數

　　由于G（s）有高頻ESR零點(diǎn)，在ωc處相位滯后

　　并使G（s）幅頻特性的斜率由-2變成-1。

　　下面分析采用比例和比例一積分控制器對ESR＝0的理想Buck轉換器系統特性進(jìn)行校正的設計方法和問(wèn)題。

　?。?）選用比例控制器，比例系數為kp，則控制器的傳遞函數為

　　忽略ESR零點(diǎn)時(shí)，未加控制器時(shí)Buck轉換器的幅頻特性，如圖中的曲線(xiàn)1所示；加比例控制器后，系統的開(kāi)環(huán)傳遞函數為

　　圖1 用比例控制器的Buck開(kāi)關(guān)電源Bode圖

　　其幅頻特性如圖1中曲線(xiàn)2所示。顯然可知，采用比例控制器后，電源的幅頻特性低頻段增益低，在增益交越頻率ωr處，相位為-180°，才目位裕量為0，系統不穩定。

　?。?）選用比例－積分控制器，比例系數為kp，則控制器的傳遞函數為

　　這時(shí)系統的開(kāi)環(huán)傳遞函數為

　　其Bode圖如圖2所示。

　　圖2 用比例積分控制時(shí)Buck開(kāi)關(guān)電源的Bode圖

　　可知，采用比例一積分控制器，相當于在S平面原點(diǎn)增加一個(gè)極點(diǎn)，確實(shí)提高了電源的低頻段增益；但在頻率大于諧振頻率ωo時(shí)，增益按-3的斜率下降，增益交越頻率ωc處，相位為-270°。相位滯后太多，系統還是不穩定。

　　為了補償積分控制器產(chǎn)生的相位過(guò)于滯后，在積分補償網(wǎng)絡(luò )的傳遞函數中，可以增設低頻零點(diǎn)（位于增益交越頻率以下）；此外，為了衰減高頻噪聲，還要增設極點(diǎn)，使在ωc處的相位小。因此有多種補償形式，如增設單極點(diǎn)、單零點(diǎn)的PI補償網(wǎng)絡(luò )，也可以增設雙極點(diǎn)、雙零點(diǎn)，甚至三極點(diǎn)，雙零點(diǎn)等的PI補償網(wǎng)絡(luò )。