開關(guān)電源的環(huán)路設(shè)計及仿真

　　若R1>>R3，C2>>C1，有：

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　　為在fc點獲得θ的超前補償，有：

　　fL使低頻增益加大，提高穩(wěn)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。注意滿足：R1>>R3，C2>>C1。

　　3.2補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計實例 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　畫出Tu的Bode圖之后，就可以設(shè)計補償網(wǎng)絡(luò)了。下面對幾個實際電路進行分析。

　　3.2.1 非隔離的電壓型BUCK(TPS40007)

　　輸入5.5V，輸出3.3V/5A，開關(guān)頻率fs=300kHz。按照TPS40007的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(shù)Gain=1/Vm。補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)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)進行直流掃描，找到使Vo=3.3V時的Vc值，將Vc的直流分量設(shè)為次值，即設(shè)置了電路的靜態(tài)工作點。 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　第二步：對Vc進行交流掃描，得到未補償?shù)腣c到Vo的傳遞函數(shù)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(shè)備網(wǎng)

　　第三步：設(shè)計補償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。由于是電壓型控制，所以采用PID補償。設(shè)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(shè)置極點fp2=180kHz以抑制高頻干擾;R1=36K。按上述參數(shù)得到補償網(wǎng)絡(luò)的反饋參數(shù)：R2=40K(取39k), C2=7.4nF(取4.7nF),C1=53pF(取47pF),R3=1k, C3=820pF(取1nF)。

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

　　實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(shù)影響的結(jié)果。

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　　3.2.2 隔離的電流型BUCK(TDA16888)

　　輸入400Vdc，輸出54V/5A，開關(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(shè)計，將光藕部分也歸入未補償?shù)膫鬟f函數(shù)Tu，即：只將補償網(wǎng)絡(luò)分開。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(shù)。

　　補償斜率mva的計算：芯片15腳的外接電容100pF，通過內(nèi)部的10K電阻充電，時間常數(shù)只有1us，電源的開關(guān)頻率是100kHz，在電流信號與Vc比較的瞬間，外接電容已經(jīng)基本充滿了電，對斜率補償沒有多大影響，實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比較時的斜率。TDA16888芯片內(nèi)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(jù)實際電路結(jié)構(gòu)，可以算出在變壓器原邊檢流電阻上的電流信號(實際是電壓信號)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(nèi)部的壓降。

　　第一步：先得到Vc到Vo的傳遞函數(shù)Tu。方法是對Vc進行DC掃描，得到使輸出電壓為Vo時的Vc值，從而確定了電路的工作點(Bias point)。設(shè)定Vc的直流分量為工作點的值，然后進行AC掃描，得到Tu：DC增益32.84dB、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折頻率fo=23.57Hz，Tu的交越頻率fc’=1kHz。為提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，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合，很難將交越頻率提得很高);為提高穩(wěn)壓精度，加入零點fL=fc/10;為抑制高頻干擾，加入極點fp=10*fc;在確定R1=33k后，可以算出反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)：R2=64k C2=12nF C1=120pF

　　第三步：將補償網(wǎng)絡(luò)加入環(huán)路中，此時得到的電路就和實際的一樣了。進行偏置點掃描(biaos point swip)，得到電路各點的電壓，與實際的測試結(jié)果比較，保證電路的參數(shù)設(shè)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(shè)計到合適的工作點是保證電路在各種環(huán)境下穩(wěn)定工作及長的工作壽命的前提。注意：補償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)不會影響電路的靜態(tài)工作點。確定環(huán)路的靜態(tài)工作點后，加入Lf、Cf及Vsti進行AC掃描，得到整個系統(tǒng)補償后的開環(huán)傳遞函數(shù)T?！?/p>

　　在上述仿真電路中，電感Lf很大，對直流信號相當(dāng)于短路，所以不會影響整個環(huán)路的靜態(tài)工作點，Lf對交流信號來說相當(dāng)于開路，所以仿真出的T是開環(huán)傳遞函數(shù);Cf也很大，對激勵源Vsti來說相當(dāng)于短路，從而引入激勵信號，Cf對直流信號相當(dāng)于開路，Vsti的任何直流分量不會影響環(huán)路的靜態(tài)工作點。

　　從仿真結(jié)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(tǒng)是穩(wěn)定的。下面是實測的開環(huán)Bode圖。

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