(连载三:系统的开环响应) 开关电源的频域分析与综合设计 (连载一:概述、 与环路相关的基本概念 ) 开关电源的频域分析与综合设计 (连载二:电源系统控制原理) 一、常见开环响应的类型: 根据开环传递函数中是否包含RHP零点,将开关变换器分为两大类,即Buck家族(顺向式)变换器和Boost家族变换器。 Buck家族(顺向式)变换器包括Buck、 正激、推挽、半桥、全桥等开关变换器,输入能量与释放能量同时进行,即直接传输能量(变压器初级绕组与次级绕组同时流过电流),开环传递函数中不包含RHP零点。 Boost家族变换器包括Boost、Buck - Boost、Flyback(反激)等开关变换器,开关导通时先储存能量,开关断开时对负载释放能量,即间接传输能量,开环传递函数中包含一个RHP零点。 注意:工作于CCM的变换器会出现RHPZ;RHPZ在DCM的情况下消失,右半平面(RHP)零点频率位置随占空比变化而变化。 二、变换器的小信号响应参数 其中,D表示占空比,D'=1-D截止占空比,TSW表示开关周期,fSW=1/TSW表示开关频率,M=Vout/NVin表示变换比,N=NS/NP表示匝数比,Lout表示副边输出滤波电感,LP表示原边或磁化电感,Cout表示输出滤波电容,RESR表示输出滤波电容等效串联电阻,Vpeak表示PWM锯齿波峰值(幅度),Rload 表示输出负载等效电阻,Rsense表示原边检测电阻;Sn=VinRl/Lp表示导通期间电感电流斜率,单位为V/s ,Se表示外部补偿斜坡斜率,单位为V/s,mc=1+Se/Sn表示给出的斜坡补偿。 注意: ① 降压变换器从不设计在标称负载条件下工作于DCM模式。 ②半桥拓扑,在给定变压器连接下(如通过电容桥)要求将输入电压除以2。 附注:一般电容的零点频率范围如下: a. 普通电解电容: 1~5KHz b. 钽电容: 10~25 KHz 其中,D表示占空比,D'=1-D截止占空比,TSW表示开关周期,fSW=1/TSW表示开关频率,M=Vout/NVin表示变换比,N=NS/NP表示匝数比,LP表示原边或磁化电感,Cout表示输出滤波电容,RESR表示输出滤波电容等效串联电阻,Vpeak表示PWM锯齿波峰值(幅度),Rload 表示输出负载等效电阻.Rsense表示原边检测电阻;τL=2LPN2/RloadTSW;Sn=VinRi/Lp表示导通期间电感电流斜率,单位为V/s ,Se表示外部补偿斜坡斜率,单位V/s。 三、开环响应类型对应的(系统本身或输出滤波器)零、极点转折频率: (1) Buck家族变换器系统本身零、极点转折频率(由小信号参数表一可知): ①电压型控制的Buck家族变换器(CCM)存在一个与LC输出滤波器有关的二阶极点(双极点)fLC;一个与输出电容及其等效串联电阻有关的左半平面零点fESR ;如图3:(b) 有ESR ②电流型控制的Buck家族变换器(CCM) 存在一个与负载有关的一阶极点fRC;一个与输出电容及其等效串联电阻有关的左半平面零点fESR ;如图: (2)Boost家族变换器系统本身零、极点转折频率(由小信号参数表一可知): ①电压型控制的Boost家族变换器由于工作很难稳定,现在应用很少,在此不加讨论。 ②电流型控制的Boost家族变换器(CCM)与电流型控制的Buck家族变换器(CCM)相似,存在一个与输出负载等效电阻及输出电容有关的一阶极点fRC;一个与输出电容及其等效串联电阻有关的左半平面零点fESR;如图: (3) 小信号参数其它表示方法 ①电流型控制的反激变换器(CCM)与电流型控制的正激变换器(CCM)的输出滤波器极点也可表示为: ②电流型控制的反激变换器(CCM)的开环直流增益Vout/VEA也可表示为 注意:N=NP/NS ; NVO=VOR(次级电压折算初级的电压即次级反射电压) 附注:一般电容的零点频率范围如下: a. 普通电解电容: 1~5KHz b. 钽电容: 10~25 KHz 【注意】 ○1 反激变换器输出端有时为了抑制纹波常在主电容后附加由一小电感Lo和小电容Co构成的小型滤波器,确保小型滤波器LoCo的谐振频率为所选穿越频率的事10倍以上来避免互相干扰。但由于LoCo引起的转折频率远大于上述值,因此选择交叉频率远离由Lo、Co引起的转折频率,很难补偿。 ②右半平面零点(RHPZ)的直观理解: a、占空比由输入输出电压和匝比决定的反激变换器,工作在CCM都存在右半平面零点(RHPZ);而DCM不存在右半平面零点(RHPZ)。 b、RHPZ的响应特性: 负载突然增加 输出电压下降 EA+PWM反应 占空比增大(wrong way) 反激时间减少 输出电流减少(通过输出diode) 输出电压(暂时)下降更多 c、在DCM中,占空比增大导致输出电流增大,故不不存在右半平面零点(RHPZ)。 最全 PFC实战视频教程120讲60小时可能是史上完整的PFC视频教程(共计时长:120讲 60小时)第一部分:开关电源BUCK部分(30小时)一是基于PTS5430芯片的Buck电路;二是基于分立器件去搭Buck电路;三基于LNK306芯片的BUCK电路。第二部分:BOOST部分(10小时)基于UC3842电源芯片的Boost电路。第三部分:功率因素校正(PFC)部分(20小时)基于NCP1654芯片的PFC部分
|