1、DC/DC模块电源的反馈电路和设计方法,反馈电路(feedback loop)的基本概念：,闭环控制和负反馈 拉普拉斯变换和传递函数 波特图(Bode Curve) 稳定性判据 波特图的测试 基本电路的传递函数 反馈回路的设计,自动控系统的基本形式：,控制器,被控对象,输入量,控制量,输出量,开环控制系统,控制器,被控对象,输入量,控制量,输出量,闭环控制系统,误差量,反馈环节,反馈量,+ -,自动控系统的基本形式：,控制器1,被控对象,输入量,控制量,输出量,双环控制系统,误差量,反馈环节,反馈量,+ -,控制器2,+ -,反馈环节,输入量1,误差量1,内环反馈,输出量 Vo,输入量,反馈量
2、,控制量 Ve,控制量 If,控制量 D,内环 反馈量,内环 输入量,Small Signal Analysis and Transfer Function,PI Controller,Optic Coupler,PWM,Power Stage,Modeling DC/DC Converter with Small signal Analysis,自动控制系统需分析解决的问题：,稳定性：稳定性问题是任一自动控制系统能否实际应用的必要条件，自动控制理论应给出影响稳定性的因数，并给出各种因数引起稳定或不稳定的范围。 稳态响应：即在稳态情况下，控制系统控制的准确程度，以及控制系统对各种干扰的抑制能力
3、。动态响应：当输入量改变或者有干扰引入后，控制系统以多快以及怎样的方式达到新的稳定状态。,自动控制系统的数学描述：,变换环节,c(t),r(t),常微分方程描述：,拉普拉斯变换：,当 时拉普拉斯变换即为傅立叶变换,自动控制系统的数学描述：,变换环节,r(t),c(t),自动控制系统的数学描述：,G(s),R(s),C(s),G1(s),R(s),C(s),G2(s),G2(s),R(s),C(s),G1(s),+ -,R1(s),自动控制系统的数学描述：,传递函数G(s)：所有控制系统的传递函数均为一有理多项分式， 其中s为复数。 传递函数G(s)的零点：即复数方程 的根，即使G(s)为零的s
4、的取值。传递函数G(s)的极点：即复数方程 的根，即使G(s)为无穷大的s的取值。,G(s),R(s),C(s),反馈系统的稳定性分析：,G2(s),R(s),C(s),G1(s),+ -,R1(s),G(s)=G1(s)G2(s) 称为反馈回路的开环传递函数，可以通过分析G(s)的行为来考察反馈回路的稳定性，即当G(s)=-1或接近-1时系统将变得不稳定.,开环传递函数的幅频特性（波特图）：,开环传递函数稳定性判据： 相位在低频段趋向于180度（即保证系统是负反馈系统）。 在增益大于0的区间，相位必须大于0度。 在相位等于或接近0度时, 增益必须小于0。,开环传递函数的幅频特性的测量：,G2
5、(s),R(s),C(s),G1(s),+ -,R1(s),如何测得开环传递函数G(s)=G1(s)G2(s)?,G2(s),R(s),C(s),G1(s),+ -,R1(s),A,B,A,B,f,网络分析仪,G(s)=A(s)/B(s),A/B,输出量 Vo,输入量,反馈量,控制量 Ve,控制量 If,控制量 D,内环 反馈量,内环 输入量,B A,Source,常见电路的传递函数：,R,C,L,复祖抗,传递函数,常见电路的传递函数：,R,C,Ui,Uo,一階極點,常见电路的传递函数：,C,Ui,Uo,R2,R1,一階極點,一階零點,常见电路的传递函数：,C,Ui,Uo,L,R,二階極點,光
6、耦电路的传递函数：,ton: 15us toff: 510us,CTR=Ic/IfTL181 CTR:12,光耦电路的传递函数：,一階極點,积分器的传递函数：,C,Ui,Uo,R,R1,Vref,- +,PI调节器的传递函数：,C1,Ui,Uo,R2,R1,R3,Vref,- +,PI调节器的传递函数：,C1,Ui,Uo,R2,R1,R3,Vref,C2,- +,当 时,PI调节器的设计原则：,C1,Ui,Uo,R2,R1,R3,Vref,C2,- +,零点凭率为1/(R1C1), 极点频率为1/(R1C2) 零点频率必须小于极点频率，即C2C1 R2仅与增益有关，与零极点无关。 R3与反馈特
7、性无关，仅与电压设置有关。,开关电源反馈电路的设计：,分析固有电路（包括主功率电路, PWM控制器,光耦等）的相位极性, 确定控制器的极性, 保证负反馈连接。 确定固有电路的极点分布情况，一般有输出滤波器的二阶极点，光耦的一阶极点，功率电路的特殊极点等。 设计反馈控制器，选择适当的零点补偿频率最低的极点。一般补偿12个极点，补偿的极点越多系统的动态响应越好。 确定反馈控制器的增益，以获得最大的带宽，同时保证足够的增益裕度和相角裕量。在无法准确估计系统增益的情况下，可尝试较小的增益设计，以使系统稳定，再尝试较大的增益，以获得良好的动态性能。,二阶极点,一阶极点,一阶极点,零点,零点,零点,开关电源反馈电路产生震荡的原因：,零极点发生偏移。极点往低频段偏移，或增加了新的极点都有可能导致系统不稳。 系统增益发生变化。如光耦的增益发生变化，PWM控制器的三角波斜率发生变化。,消除震荡的方法：,降低控制器的增益。 降低零点频率。 让系统开环，用网络分析仪测试其开环传递函数，以确定零极点分布和增益情况，再采取相应对策。,良好的幅频特性新对应于良好的稳定性和快速的动态响应： 相角裕量大于50o 增益裕度大于15db 带宽大于20 kHz,
