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開關(guān)電源中控制器特性分析舉例

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年05月18日  

假設(shè)控制對象為Buck轉(zhuǎn)換器,已知其控制一輸出傳遞函數(shù)為:


考慮ESR零點(diǎn)時,


式中RC——濾波電容的ESR,假設(shè)濾波電感的電阻可以忽略。


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


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(zhuǎn)換器系統(tǒng)特性進(jìn)行校正的設(shè)計方法和問題。


(1)選用比例控制器,比例系數(shù)為kp,則控制器的傳遞函數(shù)為


忽略ESR零點(diǎn)時,未加控制器時Buck轉(zhuǎn)換器的幅頻特性,如圖中的曲線1所示;加比例控制器后,系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為


圖1用比例控制器的Buck開關(guān)電源Bode圖


其幅頻特性如圖1中曲線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(tǒng)不穩(wěn)定。


(2)選用比例-積分控制器,比例系數(shù)為kp,則控制器的傳遞函數(shù)為


這時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為


其Bode圖如圖2所示。


圖2用比例積分控制時Buck開關(guān)電源的Bode圖


可知,采用比例一積分控制器,相當(dāng)于在S平面原點(diǎn)新增一個極點(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,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(tǒng)還是不穩(wěn)定。


為了補(bǔ)償積分控制器出現(xiàn)的相位過于滯后,在積分補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)中,可以增設(shè)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(shè)極點(diǎn),使在ωc處的相位小。因此有多種補(bǔ)償形式,如增設(shè)單極點(diǎn)、單零點(diǎn)的pI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),也可以增設(shè)雙極點(diǎn)、雙零點(diǎn),甚至三極點(diǎn),雙零點(diǎn)等的pI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。


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