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开关电源环路补偿基本概念

2023-3-29 11:46:13

2952 PWM控制放大器拉普拉斯变换开关电源

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　　摘要：由于开环系统无法抑制扰动的影响，因此需要引入反馈，来达到有效衰减扰动、降低系统灵敏度的目的。加入反馈后的闭环系统可能存在不稳定的情况。为了避免闭环系统出现不稳定，引入了幅值裕度（Gain Margin）和相角裕度（Phase Margin）的概念，以此来评估系统的稳定性。
　　由于频域有助于传递函数计算，且闭环系统的开环增益函数以乘积的形式呈现，在对数坐标系下运算方便，因此常常用开环频域来分析反馈系统问题。利用拉普拉斯变换作为数学工具，将微积分方程转化成代数方程，计算方便。

　　开关调节系统的主要特点：
　　主电路时间常数远远大于控制电路
　　高阶非线性（导通/截止，二阶传递函数）
　　离散系统（PWM模数转换）

　　输入扰动和负载变化可能引起系统输出剧烈震荡或无法及时稳定。
　　环路补偿的目的：闭环使输入输出之间建立反馈机制，能够实现衰减扰动、降低系统灵敏性的目的。环路补偿用来补偿系统在扰动时的性能不足，从而维持系统的稳定或者较优的状态。在超调量可接受的范围内，系统输出能及时恢复稳定。

　　基本概念：
　　零点/极点（用于设计预期的幅频特性）；
　　零点：T（s）分子为0的频率点。遇到一个零点，幅频特性产生斜率＋1的变化。
　　极点：T（s）分母为0的频率点。遇到一个极点，幅频特性产生斜率－1的变化。

　　2. 幅值裕度/相角裕度（衡量系统稳定的裕量）
　　幅值裕度：相位为-180°时对应的增益与0dB的距离（如增益为-5dB，则有5dB裕量）；
　　相角裕度：穿越频率（幅值为）处相位与-180°的距离（如相位为-135°，有45°裕量）；

　　频率越快，响应越快。

　　相位裕量太大，反应慢；相位裕量太小，超调严重；45°相位裕量比较合适。

　　基于普通放大器的II型补偿器（R4不参与环路，假设C1》》C3）

　　基于跨导放大器的II型补偿器（R4参与环路）

原作者： Jackie咏而归 Jackie的学习分享之路

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