關(guān)于開關(guān)電源的反饋電路設(shè)計(jì)
個(gè)人覺得開關(guān)電源的反饋環(huán)設(shè)計(jì)很關(guān)鍵,關(guān)于反饋環(huán)的開環(huán)增益、閉環(huán)增益、頻響、相位等大家都是如何測(cè)量調(diào)試的?用什么設(shè)備?希望高手不吝賜教!
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@zh-wq
咨詢過N多高手,好像很多公司都不做這些測(cè)試的,甚至有些公司有網(wǎng)絡(luò)分析儀也沒人去用.網(wǎng)絡(luò)分析儀太貴,我發(fā)現(xiàn)用DAAS也挺好.DAAS是數(shù)字音頻分析系統(tǒng),只能測(cè)到20KHz以下的信號(hào),一般電壓型開關(guān)電源最多也就做到5KHz帶寬,完全夠用.
該問題想必知道的人都不愿說... ...
無(wú)論什么樣的電源拓?fù)涠家鲩_環(huán)測(cè)試和閉環(huán)測(cè)試這兩步.
開環(huán)測(cè)試.
開環(huán)測(cè)試時(shí),將誤差放大器接成射極跟隨器模式,用一個(gè)精密穩(wěn)壓輔助電源接在誤差放大器回路中,先調(diào)輔助電源,目的是保證開機(jī)后輸出是低電壓.開機(jī)后,調(diào)整輔助電源將待測(cè)電源輸出調(diào)至額定值.將DAAS的掃頻信號(hào)輸出用隔離方式接在誤差放大器輸入端,在電源輸出端接一個(gè)電解電容后接在DAAS輸入端,啟動(dòng)DAAS的頻率響應(yīng)測(cè)試模式就能測(cè)出頻響曲線,切換功能就能看出相位曲線.
未完待續(xù)......
無(wú)論什么樣的電源拓?fù)涠家鲩_環(huán)測(cè)試和閉環(huán)測(cè)試這兩步.
開環(huán)測(cè)試.
開環(huán)測(cè)試時(shí),將誤差放大器接成射極跟隨器模式,用一個(gè)精密穩(wěn)壓輔助電源接在誤差放大器回路中,先調(diào)輔助電源,目的是保證開機(jī)后輸出是低電壓.開機(jī)后,調(diào)整輔助電源將待測(cè)電源輸出調(diào)至額定值.將DAAS的掃頻信號(hào)輸出用隔離方式接在誤差放大器輸入端,在電源輸出端接一個(gè)電解電容后接在DAAS輸入端,啟動(dòng)DAAS的頻率響應(yīng)測(cè)試模式就能測(cè)出頻響曲線,切換功能就能看出相位曲線.
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@zh-wq
該問題想必知道的人都不愿說......無(wú)論什么樣的電源拓?fù)涠家鲩_環(huán)測(cè)試和閉環(huán)測(cè)試這兩步.開環(huán)測(cè)試.開環(huán)測(cè)試時(shí),將誤差放大器接成射極跟隨器模式,用一個(gè)精密穩(wěn)壓輔助電源接在誤差放大器回路中,先調(diào)輔助電源,目的是保證開機(jī)后輸出是低電壓.開機(jī)后,調(diào)整輔助電源將待測(cè)電源輸出調(diào)至額定值.將DAAS的掃頻信號(hào)輸出用隔離方式接在誤差放大器輸入端,在電源輸出端接一個(gè)電解電容后接在DAAS輸入端,啟動(dòng)DAAS的頻率響應(yīng)測(cè)試模式就能測(cè)出頻響曲線,切換功能就能看出相位曲線.未完待續(xù)......
私下有人說我有毛病,測(cè)這個(gè)干什么?
唉!不知道怎么說了,我只能坦白一點(diǎn),我是給專業(yè)功放設(shè)計(jì)大功率電源,什么叫專業(yè)功放?就是演出用的功放,動(dòng)不動(dòng)就幾千瓦功率那種.
功放動(dòng)態(tài)十足,一般人都做成不穩(wěn)壓的,因?yàn)榉€(wěn)壓后問題多多、可靠性也不高(相對(duì)而言,這是負(fù)反饋的悲哀!也是自動(dòng)控制理論的經(jīng)典結(jié)論!)但是本人認(rèn)為只要保護(hù)周到可靠性是可以折中的,前提是保護(hù)電路可靠即可.
問題就擺在眼前,做反饋就要面對(duì)反饋環(huán)的調(diào)整,還是電壓和電流兩個(gè)環(huán)......
APFC、ZVS、磁放大器,都將粉墨登場(chǎng).(有個(gè)聲音在大喊:“讓牛皮再吹大一點(diǎn)!” 我看我還是快閃)
唉!不知道怎么說了,我只能坦白一點(diǎn),我是給專業(yè)功放設(shè)計(jì)大功率電源,什么叫專業(yè)功放?就是演出用的功放,動(dòng)不動(dòng)就幾千瓦功率那種.
功放動(dòng)態(tài)十足,一般人都做成不穩(wěn)壓的,因?yàn)榉€(wěn)壓后問題多多、可靠性也不高(相對(duì)而言,這是負(fù)反饋的悲哀!也是自動(dòng)控制理論的經(jīng)典結(jié)論!)但是本人認(rèn)為只要保護(hù)周到可靠性是可以折中的,前提是保護(hù)電路可靠即可.
問題就擺在眼前,做反饋就要面對(duì)反饋環(huán)的調(diào)整,還是電壓和電流兩個(gè)環(huán)......
APFC、ZVS、磁放大器,都將粉墨登場(chǎng).(有個(gè)聲音在大喊:“讓牛皮再吹大一點(diǎn)!” 我看我還是快閃)
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@zh-wq
該問題想必知道的人都不愿說......無(wú)論什么樣的電源拓?fù)涠家鲩_環(huán)測(cè)試和閉環(huán)測(cè)試這兩步.開環(huán)測(cè)試.開環(huán)測(cè)試時(shí),將誤差放大器接成射極跟隨器模式,用一個(gè)精密穩(wěn)壓輔助電源接在誤差放大器回路中,先調(diào)輔助電源,目的是保證開機(jī)后輸出是低電壓.開機(jī)后,調(diào)整輔助電源將待測(cè)電源輸出調(diào)至額定值.將DAAS的掃頻信號(hào)輸出用隔離方式接在誤差放大器輸入端,在電源輸出端接一個(gè)電解電容后接在DAAS輸入端,啟動(dòng)DAAS的頻率響應(yīng)測(cè)試模式就能測(cè)出頻響曲線,切換功能就能看出相位曲線.未完待續(xù)......
測(cè)出開環(huán)增益和頻響特性、相位特性只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步.用于描述頻響和相位特性的圖叫波特圖.對(duì)于頻響,是功率級(jí)增益與對(duì)數(shù)頻率的對(duì)應(yīng)曲線.至于相位就......
根據(jù)電路拓?fù)溥x擇合適的反饋形式和參數(shù).反饋形式和參數(shù)確定后做設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)再次測(cè)試頻響和相位以及增益的過程叫閉環(huán)測(cè)試.
反饋形式的選擇和參數(shù)的計(jì)算是個(gè)復(fù)雜的話題,涉及復(fù)變函數(shù)、時(shí)域、頻域、極點(diǎn)、零點(diǎn)、諧振等關(guān)鍵字.
未完待續(xù)......
根據(jù)電路拓?fù)溥x擇合適的反饋形式和參數(shù).反饋形式和參數(shù)確定后做設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)再次測(cè)試頻響和相位以及增益的過程叫閉環(huán)測(cè)試.
反饋形式的選擇和參數(shù)的計(jì)算是個(gè)復(fù)雜的話題,涉及復(fù)變函數(shù)、時(shí)域、頻域、極點(diǎn)、零點(diǎn)、諧振等關(guān)鍵字.
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@zh-wq
測(cè)出開環(huán)增益和頻響特性、相位特性只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步.用于描述頻響和相位特性的圖叫波特圖.對(duì)于頻響,是功率級(jí)增益與對(duì)數(shù)頻率的對(duì)應(yīng)曲線.至于相位就......根據(jù)電路拓?fù)溥x擇合適的反饋形式和參數(shù).反饋形式和參數(shù)確定后做設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)再次測(cè)試頻響和相位以及增益的過程叫閉環(huán)測(cè)試.反饋形式的選擇和參數(shù)的計(jì)算是個(gè)復(fù)雜的話題,涉及復(fù)變函數(shù)、時(shí)域、頻域、極點(diǎn)、零點(diǎn)、諧振等關(guān)鍵字.未完待續(xù)......
請(qǐng)繼續(xù)說......
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@zh-wq
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網(wǎng)絡(luò)分析儀,,,,,我沒有,,,,,,DAAS,,,,嘿,,,,我也沒有,,,,,示波器可以測(cè)試嗎?
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@zh-wq
測(cè)出開環(huán)增益和頻響特性、相位特性只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步.用于描述頻響和相位特性的圖叫波特圖.對(duì)于頻響,是功率級(jí)增益與對(duì)數(shù)頻率的對(duì)應(yīng)曲線.至于相位就......根據(jù)電路拓?fù)溥x擇合適的反饋形式和參數(shù).反饋形式和參數(shù)確定后做設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)再次測(cè)試頻響和相位以及增益的過程叫閉環(huán)測(cè)試.反饋形式的選擇和參數(shù)的計(jì)算是個(gè)復(fù)雜的話題,涉及復(fù)變函數(shù)、時(shí)域、頻域、極點(diǎn)、零點(diǎn)、諧振等關(guān)鍵字.未完待續(xù)......
我發(fā)這個(gè)帖子想跟高手交流一下,可以就一些細(xì)節(jié)討論討論,結(jié)果不是高手不屑一顧就是嗤之以鼻!
我十分懷疑一個(gè)不經(jīng)該步驟做設(shè)計(jì)驗(yàn)證的產(chǎn)品可以放心量產(chǎn)?畢竟你不能限制用戶的使用,你不能跟用戶說你既不能......也不能......還不能.....!
我十分懷疑一個(gè)不經(jīng)該步驟做設(shè)計(jì)驗(yàn)證的產(chǎn)品可以放心量產(chǎn)?畢竟你不能限制用戶的使用,你不能跟用戶說你既不能......也不能......還不能.....!
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@zh-wq
我發(fā)這個(gè)帖子想跟高手交流一下,可以就一些細(xì)節(jié)討論討論,結(jié)果不是高手不屑一顧就是嗤之以鼻!我十分懷疑一個(gè)不經(jīng)該步驟做設(shè)計(jì)驗(yàn)證的產(chǎn)品可以放心量產(chǎn)?畢竟你不能限制用戶的使用,你不能跟用戶說你既不能......也不能......還不能.....!
壇子里高手少啊!更何況,相關(guān)的儀器很貴的.我到現(xiàn)在還沒見過呢.
嚴(yán)格來說,對(duì)反饋環(huán)路嚴(yán)格設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)是非常應(yīng)該的,因?yàn)檫@是電源穩(wěn)定工作的起碼保證.可是,你知道的,大多數(shù)公司根本就沒有嚴(yán)格測(cè)試的,能測(cè)測(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)已經(jīng)是負(fù)責(zé)任的了.
嚴(yán)格來說,對(duì)反饋環(huán)路嚴(yán)格設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)是非常應(yīng)該的,因?yàn)檫@是電源穩(wěn)定工作的起碼保證.可是,你知道的,大多數(shù)公司根本就沒有嚴(yán)格測(cè)試的,能測(cè)測(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)已經(jīng)是負(fù)責(zé)任的了.
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樓主注:以下文章轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng),花了半天時(shí)間才整理完畢,主要是原文不能轉(zhuǎn)載,用特殊方法才搞定.最痛苦的事情莫過于把圖片一個(gè)一個(gè)地搬家.接下來的日子我拉兄弟們過來就論文中的問題展開討論,歡迎參與.
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基于TOPSwitch的反激變流器反饋電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘 要:介紹了利用TOPSwitch構(gòu)成的反激變流器.井從傳遞函數(shù)補(bǔ)償?shù)慕嵌确治隽朔答侂娐返脑O(shè)計(jì)方法.通過反饋電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的調(diào)整,變流器的輸出電壓紋波大幅度減小,抗干擾性能得到了加強(qiáng),效率有所提高.
關(guān)鍵詞:單片開關(guān)電源;反激;反饋:傳遞函數(shù)
0 引言
近年來,中小功率的開關(guān)電源向著單片集成化的方向發(fā)展.1997年,美國(guó)功率集成公司(Power Integration Inc,簡(jiǎn)稱PI公司)推出三端單片電源TOPSwitch-II系列.該系列產(chǎn)品將MOSFET和控制電路集成在一起,不僅提高了電源效率,而且使電源的體積和重量大為減小.
由于TOP系列單片電源的集成度很高,外圍電路十分簡(jiǎn)單,本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析并改進(jìn)了反饋網(wǎng)絡(luò),驗(yàn)證了其對(duì)電路性能提高的有效性.
1 TOPSwitch開關(guān)電源反饋電路設(shè)計(jì)
TOPSWitch的外圍電路主要分為輸入整流濾波電路、鉗位保護(hù)電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路和反饋電路5部分.其中前4部分電路設(shè)汁可以在PI公司的網(wǎng)站上找到專用的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算,電路的參數(shù)和器件型號(hào)都能滿足TOPSwitch開關(guān)電源的需要.
至于反饋電路,由于PI公司沒有專用的工具,所以必須根據(jù)電路的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì).單片開關(guān)電源的反饋形式雖然有很多,但可以歸結(jié)為圖1所示的4種基本形式.其中圖1(a)為基本反饋電路,電路簡(jiǎn)單但穩(wěn)壓性能較差,負(fù)載調(diào)整率只能達(dá)到S1=±5%;圖1(b)為改進(jìn)型反饋電路,增加了一只穩(wěn)壓管D5,可以使S1改善到±2%;圖1(c)為帶穩(wěn)壓管的光耦反饋電路,相當(dāng)于給TOPSwitch增加一級(jí)外部誤差放大器,再與內(nèi)部誤差放大器配合使用,可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,S1可到達(dá)±1%;圖1(d)為帶TL431的光耦反饋電路,用三端線性穩(wěn)壓管代替圖l(c)中的穩(wěn)壓管D5,從而對(duì)輸出電壓進(jìn)行精細(xì)調(diào)整,S1=±O.2%.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166750688.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí),一般根據(jù)實(shí)際技術(shù)要求選擇合適的反饋電路,本文就圖l(d)的反饋形式進(jìn)行分析.并給出較為實(shí)用的電路結(jié)構(gòu),圖2是應(yīng)用TOP224及精密反饋電路構(gòu)成的反激變流器,交流通用輸入(85~265V),多路輸出,要求主輸出電壓紋波在0.5%以內(nèi),負(fù)載調(diào)整率S1=±0.2%.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166750999.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
對(duì)于圖2電路,主要就是要確定R4、R5、R6及R7的值.電路利用輸出電壓與T1431構(gòu)成的誤差比較器,通過光耦PC817線性關(guān)系的電流變化控制TOPSwitch的Ic,從而改變PWM寬度,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的.從TOPSwicth的流入控制腳C的電流Ir與占空比D成反比關(guān)系,如圖3所示.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751391.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
為使PWM線性調(diào)節(jié),控制腳電流Ir應(yīng)在2~6mA之間,而Ic是受光耦二極管電流If控制的,由于光耦PC817是線性光耦,二極管正向電流If在3mA左右時(shí),三極管的集射電流Ice在4mA左右,而且集射電壓Vce在很寬的范圍內(nèi)線性變化.因此確定選PC817二極管正向電流If為3mA.
從TL431的技術(shù)參數(shù)知,Vka在2.5~37V變化時(shí),Ika可以在1~100mA內(nèi)大范圍變化,一般選20mA即可,既可以穩(wěn)定工作,又能提供一部分死負(fù)載.
由以上分析,可以得到一組關(guān)系式,有
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751491.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
式中:Vf是PC817二極管壓降;
VR是TL43l參考端電壓;
Vc是輸出電壓.
根據(jù)以上計(jì)算得到:R4=10kΩ、R5=10k、R6=470Ω、R7=150Ω.
使用以上參數(shù)構(gòu)成的反激變流器,由于高頻變壓器漏感的存在以及PCB的布局不夠合理,使得輸出電壓紋波較大,達(dá)到150mV(=3%),所以必須對(duì)控制電路進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高控制環(huán)路的增益和帶寬,改善電路的瞬態(tài)響應(yīng),以降低輸出紋波.
TOPSwitch的控制函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn),第一個(gè)極點(diǎn)頻率為7kHz,它是由內(nèi)部阻容元件構(gòu)成的低通濾波器決定的,其截止頻率為7kHz,能濾掉開關(guān)噪聲電壓,而對(duì)誤差電壓只產(chǎn)生很小的相移.第二個(gè)極點(diǎn)頻率為1.7kHz,是由自動(dòng)重啟動(dòng)電容C8(47μF)和控制端動(dòng)態(tài)阻抗Zc決定的,該極點(diǎn)適用于開關(guān)電源在不連續(xù)模式且占空比D<50%情況下.
反激變流器的控制框圖如圖4所示.在設(shè)計(jì)反饋網(wǎng)絡(luò)前,假設(shè)PC817的電流傳輸比CTR=100%,而且因?yàn)門OPSwitch的控制是電流模式,所以PC817構(gòu)成的傳遞環(huán)節(jié)不影響整個(gè)系統(tǒng)的頻率響向應(yīng),令Kea=1,并且所有設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)在輸出的小LC濾波環(huán)節(jié)之前.此時(shí),開環(huán)傳遞函數(shù)為V1為
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751114.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751702.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
V1折算到低壓側(cè)的原邊直流電壓;
RL為負(fù)載電阻;
L為高頻變壓器次級(jí)電感.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751863.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
代入電路參數(shù)得
TOPSwitch的開關(guān)頻率為100 kHz,為了避免其引起過多的相移,一般取帶寬為其頻率的l/4一1/5,我們?nèi)?/5為20kHz.則此時(shí)的相位φ=arctan(20/33)一arctan(20/14)-arctan(20/49)=-46°
如果用單極點(diǎn)補(bǔ)償[如圖5(a)所示],則帶寬處的相位裕度為180—90一46=43°,比工程上一般要求的45°偏小,所以采用雙極點(diǎn)補(bǔ)償形式來提升相位裕度.圖5(b)具有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn),把第一個(gè)極點(diǎn)設(shè)定在原點(diǎn),第一個(gè)零點(diǎn)一般在帶寬的1/8左右,這樣在帶寬處提升相位10°左右,此零點(diǎn)越低,相位提升越明顯,但太低了就降低了低頻增益,使輸出調(diào)整率降低,這里取2kHz.第二個(gè)極點(diǎn)的選取一般是用來抵消右半平面零點(diǎn)(一般由輸出電容的ESR引起)的增益升高,保證增益裕度,使帶寬處保持一20db/10decade的形狀,這里取極點(diǎn)頻率50kHz,如圖6所示.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751941.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通頻帶增益Ad=0,所以有R3/Rl=l,對(duì)應(yīng)圖2中,R8=R4=10kΩ.又有fz1=2kHz,fp2=50kHz,
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166752008.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
得到C1=318pF,C2=8nF.對(duì)應(yīng)圖2中C9=318pF,C8=8nF.
此時(shí)帶寬處的相位裕度為180一90+10一46=54°,滿足工程上的要求.在低于OdB帶寬后,曲線為一40dB/decade,這樣增益迅速上升,低頻部分增益很高,使電源輸出的直流部分誤差非常小,并且有很好的負(fù)載調(diào)整率和電壓凋整率.
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
按以上分析得到的參數(shù)設(shè)計(jì)了一款反激變流器電路,單片開關(guān)電源選用TOP224Y,總功率45W,輸出+5V(6A),士15V(1A),圖7、圖8為實(shí)測(cè)波形.輸出電壓紋波為20mV(=0.4%),電壓調(diào)整率SV<10mV(<0.2%),負(fù)載調(diào)整率S1=10mV(=0.2%),效率達(dá)到80%.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751505.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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3 結(jié)語(yǔ)
本文通過分析反激變流器的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)出一種較好的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),并給出一些主要的參數(shù)的計(jì)算方法.針對(duì)實(shí)驗(yàn)電路,可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用新的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),輸出電壓紋波得到很大改善,抗干擾性能得到提高,而且電源效率有一定改善.
樓主注:以下文章轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng),花了半天時(shí)間才整理完畢,主要是原文不能轉(zhuǎn)載,用特殊方法才搞定.最痛苦的事情莫過于把圖片一個(gè)一個(gè)地搬家.接下來的日子我拉兄弟們過來就論文中的問題展開討論,歡迎參與.
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基于TOPSwitch的反激變流器反饋電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘 要:介紹了利用TOPSwitch構(gòu)成的反激變流器.井從傳遞函數(shù)補(bǔ)償?shù)慕嵌确治隽朔答侂娐返脑O(shè)計(jì)方法.通過反饋電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的調(diào)整,變流器的輸出電壓紋波大幅度減小,抗干擾性能得到了加強(qiáng),效率有所提高.
關(guān)鍵詞:單片開關(guān)電源;反激;反饋:傳遞函數(shù)
0 引言
近年來,中小功率的開關(guān)電源向著單片集成化的方向發(fā)展.1997年,美國(guó)功率集成公司(Power Integration Inc,簡(jiǎn)稱PI公司)推出三端單片電源TOPSwitch-II系列.該系列產(chǎn)品將MOSFET和控制電路集成在一起,不僅提高了電源效率,而且使電源的體積和重量大為減小.
由于TOP系列單片電源的集成度很高,外圍電路十分簡(jiǎn)單,本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析并改進(jìn)了反饋網(wǎng)絡(luò),驗(yàn)證了其對(duì)電路性能提高的有效性.
1 TOPSwitch開關(guān)電源反饋電路設(shè)計(jì)
TOPSWitch的外圍電路主要分為輸入整流濾波電路、鉗位保護(hù)電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路和反饋電路5部分.其中前4部分電路設(shè)汁可以在PI公司的網(wǎng)站上找到專用的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算,電路的參數(shù)和器件型號(hào)都能滿足TOPSwitch開關(guān)電源的需要.
至于反饋電路,由于PI公司沒有專用的工具,所以必須根據(jù)電路的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì).單片開關(guān)電源的反饋形式雖然有很多,但可以歸結(jié)為圖1所示的4種基本形式.其中圖1(a)為基本反饋電路,電路簡(jiǎn)單但穩(wěn)壓性能較差,負(fù)載調(diào)整率只能達(dá)到S1=±5%;圖1(b)為改進(jìn)型反饋電路,增加了一只穩(wěn)壓管D5,可以使S1改善到±2%;圖1(c)為帶穩(wěn)壓管的光耦反饋電路,相當(dāng)于給TOPSwitch增加一級(jí)外部誤差放大器,再與內(nèi)部誤差放大器配合使用,可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,S1可到達(dá)±1%;圖1(d)為帶TL431的光耦反饋電路,用三端線性穩(wěn)壓管代替圖l(c)中的穩(wěn)壓管D5,從而對(duì)輸出電壓進(jìn)行精細(xì)調(diào)整,S1=±O.2%.

設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí),一般根據(jù)實(shí)際技術(shù)要求選擇合適的反饋電路,本文就圖l(d)的反饋形式進(jìn)行分析.并給出較為實(shí)用的電路結(jié)構(gòu),圖2是應(yīng)用TOP224及精密反饋電路構(gòu)成的反激變流器,交流通用輸入(85~265V),多路輸出,要求主輸出電壓紋波在0.5%以內(nèi),負(fù)載調(diào)整率S1=±0.2%.

對(duì)于圖2電路,主要就是要確定R4、R5、R6及R7的值.電路利用輸出電壓與T1431構(gòu)成的誤差比較器,通過光耦PC817線性關(guān)系的電流變化控制TOPSwitch的Ic,從而改變PWM寬度,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的.從TOPSwicth的流入控制腳C的電流Ir與占空比D成反比關(guān)系,如圖3所示.

為使PWM線性調(diào)節(jié),控制腳電流Ir應(yīng)在2~6mA之間,而Ic是受光耦二極管電流If控制的,由于光耦PC817是線性光耦,二極管正向電流If在3mA左右時(shí),三極管的集射電流Ice在4mA左右,而且集射電壓Vce在很寬的范圍內(nèi)線性變化.因此確定選PC817二極管正向電流If為3mA.
從TL431的技術(shù)參數(shù)知,Vka在2.5~37V變化時(shí),Ika可以在1~100mA內(nèi)大范圍變化,一般選20mA即可,既可以穩(wěn)定工作,又能提供一部分死負(fù)載.
由以上分析,可以得到一組關(guān)系式,有

式中:Vf是PC817二極管壓降;
VR是TL43l參考端電壓;
Vc是輸出電壓.
根據(jù)以上計(jì)算得到:R4=10kΩ、R5=10k、R6=470Ω、R7=150Ω.
使用以上參數(shù)構(gòu)成的反激變流器,由于高頻變壓器漏感的存在以及PCB的布局不夠合理,使得輸出電壓紋波較大,達(dá)到150mV(=3%),所以必須對(duì)控制電路進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高控制環(huán)路的增益和帶寬,改善電路的瞬態(tài)響應(yīng),以降低輸出紋波.
TOPSwitch的控制函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn),第一個(gè)極點(diǎn)頻率為7kHz,它是由內(nèi)部阻容元件構(gòu)成的低通濾波器決定的,其截止頻率為7kHz,能濾掉開關(guān)噪聲電壓,而對(duì)誤差電壓只產(chǎn)生很小的相移.第二個(gè)極點(diǎn)頻率為1.7kHz,是由自動(dòng)重啟動(dòng)電容C8(47μF)和控制端動(dòng)態(tài)阻抗Zc決定的,該極點(diǎn)適用于開關(guān)電源在不連續(xù)模式且占空比D<50%情況下.
反激變流器的控制框圖如圖4所示.在設(shè)計(jì)反饋網(wǎng)絡(luò)前,假設(shè)PC817的電流傳輸比CTR=100%,而且因?yàn)門OPSwitch的控制是電流模式,所以PC817構(gòu)成的傳遞環(huán)節(jié)不影響整個(gè)系統(tǒng)的頻率響向應(yīng),令Kea=1,并且所有設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)在輸出的小LC濾波環(huán)節(jié)之前.此時(shí),開環(huán)傳遞函數(shù)為V1為


V1折算到低壓側(cè)的原邊直流電壓;
RL為負(fù)載電阻;
L為高頻變壓器次級(jí)電感.

代入電路參數(shù)得
TOPSwitch的開關(guān)頻率為100 kHz,為了避免其引起過多的相移,一般取帶寬為其頻率的l/4一1/5,我們?nèi)?/5為20kHz.則此時(shí)的相位φ=arctan(20/33)一arctan(20/14)-arctan(20/49)=-46°
如果用單極點(diǎn)補(bǔ)償[如圖5(a)所示],則帶寬處的相位裕度為180—90一46=43°,比工程上一般要求的45°偏小,所以采用雙極點(diǎn)補(bǔ)償形式來提升相位裕度.圖5(b)具有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn),把第一個(gè)極點(diǎn)設(shè)定在原點(diǎn),第一個(gè)零點(diǎn)一般在帶寬的1/8左右,這樣在帶寬處提升相位10°左右,此零點(diǎn)越低,相位提升越明顯,但太低了就降低了低頻增益,使輸出調(diào)整率降低,這里取2kHz.第二個(gè)極點(diǎn)的選取一般是用來抵消右半平面零點(diǎn)(一般由輸出電容的ESR引起)的增益升高,保證增益裕度,使帶寬處保持一20db/10decade的形狀,這里取極點(diǎn)頻率50kHz,如圖6所示.

補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通頻帶增益Ad=0,所以有R3/Rl=l,對(duì)應(yīng)圖2中,R8=R4=10kΩ.又有fz1=2kHz,fp2=50kHz,

得到C1=318pF,C2=8nF.對(duì)應(yīng)圖2中C9=318pF,C8=8nF.
此時(shí)帶寬處的相位裕度為180一90+10一46=54°,滿足工程上的要求.在低于OdB帶寬后,曲線為一40dB/decade,這樣增益迅速上升,低頻部分增益很高,使電源輸出的直流部分誤差非常小,并且有很好的負(fù)載調(diào)整率和電壓凋整率.
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
按以上分析得到的參數(shù)設(shè)計(jì)了一款反激變流器電路,單片開關(guān)電源選用TOP224Y,總功率45W,輸出+5V(6A),士15V(1A),圖7、圖8為實(shí)測(cè)波形.輸出電壓紋波為20mV(=0.4%),電壓調(diào)整率SV<10mV(<0.2%),負(fù)載調(diào)整率S1=10mV(=0.2%),效率達(dá)到80%.


3 結(jié)語(yǔ)
本文通過分析反激變流器的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)出一種較好的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),并給出一些主要的參數(shù)的計(jì)算方法.針對(duì)實(shí)驗(yàn)電路,可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用新的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),輸出電壓紋波得到很大改善,抗干擾性能得到提高,而且電源效率有一定改善.
0
回復(fù)
@zh-wq
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[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166750999.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 對(duì)于圖2電路,主要就是要確定R4、R5、R6及R7的值.電路利用輸出電壓與T1431構(gòu)成的誤差比較器,通過光耦PC817線性關(guān)系的電流變化控制TOPSwitch的Ic,從而改變PWM寬度,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的.從TOPSwicth的流入控制腳C的電流Ir與占空比D成反比關(guān)系,如圖3所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751391.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 為使PWM線性調(diào)節(jié),控制腳電流Ir應(yīng)在2~6mA之間,而Ic是受光耦二極管電流If控制的,由于光耦PC817是線性光耦,二極管正向電流If在3mA左右時(shí),三極管的集射電流Ice在4mA左右,而且集射電壓Vce在很寬的范圍內(nèi)線性變化.因此確定選PC817二極管正向電流If為3mA. 從TL431的技術(shù)參數(shù)知,Vka在2.5~37V變化時(shí),Ika可以在1~100mA內(nèi)大范圍變化,一般選20mA即可,既可以穩(wěn)定工作,又能提供一部分死負(fù)載. 由以上分析,可以得到一組關(guān)系式,有[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751491.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 式中:Vf是PC817二極管壓降; VR是TL43l參考端電壓; Vc是輸出電壓. 根據(jù)以上計(jì)算得到:R4=10kΩ、R5=10k、R6=470Ω、R7=150Ω. 使用以上參數(shù)構(gòu)成的反激變流器,由于高頻變壓器漏感的存在以及PCB的布局不夠合理,使得輸出電壓紋波較大,達(dá)到150mV(=3%),所以必須對(duì)控制電路進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高控制環(huán)路的增益和帶寬,改善電路的瞬態(tài)響應(yīng),以降低輸出紋波. TOPSwitch的控制函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn),第一個(gè)極點(diǎn)頻率為7kHz,它是由內(nèi)部阻容元件構(gòu)成的低通濾波器決定的,其截止頻率為7kHz,能濾掉開關(guān)噪聲電壓,而對(duì)誤差電壓只產(chǎn)生很小的相移.第二個(gè)極點(diǎn)頻率為1.7kHz,是由自動(dòng)重啟動(dòng)電容C8(47μF)和控制端動(dòng)態(tài)阻抗Zc決定的,該極點(diǎn)適用于開關(guān)電源在不連續(xù)模式且占空比D V1折算到低壓側(cè)的原邊直流電壓; RL為負(fù)載電阻; L為高頻變壓器次級(jí)電感.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751863.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 代入電路參數(shù)得 TOPSwitch的開關(guān)頻率為100kHz,為了避免其引起過多的相移,一般取帶寬為其頻率的l/4一1/5,我們?nèi)?/5為20kHz.則此時(shí)的相位φ=arctan(20/33)一arctan(20/14)-arctan(20/49)=-46° 如果用單極點(diǎn)補(bǔ)償[如圖5(a)所示],則帶寬處的相位裕度為180—90一46=43°,比工程上一般要求的45°偏小,所以采用雙極點(diǎn)補(bǔ)償形式來提升相位裕度.圖5(b)具有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn),把第一個(gè)極點(diǎn)設(shè)定在原點(diǎn),第一個(gè)零點(diǎn)一般在帶寬的1/8左右,這樣在帶寬處提升相位10°左右,此零點(diǎn)越低,相位提升越明顯,但太低了就降低了低頻增益,使輸出調(diào)整率降低,這里取2kHz.第二個(gè)極點(diǎn)的選取一般是用來抵消右半平面零點(diǎn)(一般由輸出電容的ESR引起)的增益升高,保證增益裕度,使帶寬處保持一20db/10decade的形狀,這里取極點(diǎn)頻率50kHz,如圖6所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751941.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通頻帶增益Ad=0,所以有R3/Rl=l,對(duì)應(yīng)圖2中,R8=R4=10kΩ.又有fz1=2kHz,fp2=50kHz, [圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166752008.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">得到C1=318pF,C2=8nF.對(duì)應(yīng)圖2中C9=318pF,C8=8nF. 此時(shí)帶寬處的相位裕度為180一90+10一46=54°,滿足工程上的要求.在低于OdB帶寬后,曲線為一40dB/decade,這樣增益迅速上升,低頻部分增益很高,使電源輸出的直流部分誤差非常小,并且有很好的負(fù)載調(diào)整率和電壓凋整率.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 按以上分析得到的參數(shù)設(shè)計(jì)了一款反激變流器電路,單片開關(guān)電源選用TOP224Y,總功率45W,輸出+5V(6A),士15V(1A),圖7、圖8為實(shí)測(cè)波形.輸出電壓紋波為20mV(=0.4%),電壓調(diào)整率SV3結(jié)語(yǔ) 本文通過分析反激變流器的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)出一種較好的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),并給出一些主要的參數(shù)的計(jì)算方法.針對(duì)實(shí)驗(yàn)電路,可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用新的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),輸出電壓紋波得到很大改善,抗干擾性能得到提高,而且電源效率有一定改善.
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[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166750999.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 對(duì)于圖2電路,主要就是要確定R4、R5、R6及R7的值.電路利用輸出電壓與T1431構(gòu)成的誤差比較器,通過光耦PC817線性關(guān)系的電流變化控制TOPSwitch的Ic,從而改變PWM寬度,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的.從TOPSwicth的流入控制腳C的電流Ir與占空比D成反比關(guān)系,如圖3所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751391.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 為使PWM線性調(diào)節(jié),控制腳電流Ir應(yīng)在2~6mA之間,而Ic是受光耦二極管電流If控制的,由于光耦PC817是線性光耦,二極管正向電流If在3mA左右時(shí),三極管的集射電流Ice在4mA左右,而且集射電壓Vce在很寬的范圍內(nèi)線性變化.因此確定選PC817二極管正向電流If為3mA. 從TL431的技術(shù)參數(shù)知,Vka在2.5~37V變化時(shí),Ika可以在1~100mA內(nèi)大范圍變化,一般選20mA即可,既可以穩(wěn)定工作,又能提供一部分死負(fù)載. 由以上分析,可以得到一組關(guān)系式,有[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751491.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 式中:Vf是PC817二極管壓降; VR是TL43l參考端電壓; Vc是輸出電壓. 根據(jù)以上計(jì)算得到:R4=10kΩ、R5=10k、R6=470Ω、R7=150Ω. 使用以上參數(shù)構(gòu)成的反激變流器,由于高頻變壓器漏感的存在以及PCB的布局不夠合理,使得輸出電壓紋波較大,達(dá)到150mV(=3%),所以必須對(duì)控制電路進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高控制環(huán)路的增益和帶寬,改善電路的瞬態(tài)響應(yīng),以降低輸出紋波. TOPSwitch的控制函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn),第一個(gè)極點(diǎn)頻率為7kHz,它是由內(nèi)部阻容元件構(gòu)成的低通濾波器決定的,其截止頻率為7kHz,能濾掉開關(guān)噪聲電壓,而對(duì)誤差電壓只產(chǎn)生很小的相移.第二個(gè)極點(diǎn)頻率為1.7kHz,是由自動(dòng)重啟動(dòng)電容C8(47μF)和控制端動(dòng)態(tài)阻抗Zc決定的,該極點(diǎn)適用于開關(guān)電源在不連續(xù)模式且占空比D V1折算到低壓側(cè)的原邊直流電壓; RL為負(fù)載電阻; L為高頻變壓器次級(jí)電感.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751863.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 代入電路參數(shù)得 TOPSwitch的開關(guān)頻率為100kHz,為了避免其引起過多的相移,一般取帶寬為其頻率的l/4一1/5,我們?nèi)?/5為20kHz.則此時(shí)的相位φ=arctan(20/33)一arctan(20/14)-arctan(20/49)=-46° 如果用單極點(diǎn)補(bǔ)償[如圖5(a)所示],則帶寬處的相位裕度為180—90一46=43°,比工程上一般要求的45°偏小,所以采用雙極點(diǎn)補(bǔ)償形式來提升相位裕度.圖5(b)具有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn),把第一個(gè)極點(diǎn)設(shè)定在原點(diǎn),第一個(gè)零點(diǎn)一般在帶寬的1/8左右,這樣在帶寬處提升相位10°左右,此零點(diǎn)越低,相位提升越明顯,但太低了就降低了低頻增益,使輸出調(diào)整率降低,這里取2kHz.第二個(gè)極點(diǎn)的選取一般是用來抵消右半平面零點(diǎn)(一般由輸出電容的ESR引起)的增益升高,保證增益裕度,使帶寬處保持一20db/10decade的形狀,這里取極點(diǎn)頻率50kHz,如圖6所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751941.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通頻帶增益Ad=0,所以有R3/Rl=l,對(duì)應(yīng)圖2中,R8=R4=10kΩ.又有fz1=2kHz,fp2=50kHz, [圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166752008.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">得到C1=318pF,C2=8nF.對(duì)應(yīng)圖2中C9=318pF,C8=8nF. 此時(shí)帶寬處的相位裕度為180一90+10一46=54°,滿足工程上的要求.在低于OdB帶寬后,曲線為一40dB/decade,這樣增益迅速上升,低頻部分增益很高,使電源輸出的直流部分誤差非常小,并且有很好的負(fù)載調(diào)整率和電壓凋整率.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 按以上分析得到的參數(shù)設(shè)計(jì)了一款反激變流器電路,單片開關(guān)電源選用TOP224Y,總功率45W,輸出+5V(6A),士15V(1A),圖7、圖8為實(shí)測(cè)波形.輸出電壓紋波為20mV(=0.4%),電壓調(diào)整率SV3結(jié)語(yǔ) 本文通過分析反激變流器的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)出一種較好的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),并給出一些主要的參數(shù)的計(jì)算方法.針對(duì)實(shí)驗(yàn)電路,可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用新的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),輸出電壓紋波得到很大改善,抗干擾性能得到提高,而且電源效率有一定改善.
牛人,,,搬這么多好東西上來.....
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----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------樓主注:以下文章轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng),花了半天時(shí)間才整理完畢,主要是原文不能轉(zhuǎn)載,用特殊方法才搞定.最痛苦的事情莫過于把圖片一個(gè)一個(gè)地搬家.接下來的日子我拉兄弟們過來就論文中的問題展開討論,歡迎參與.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------基于TOPSwitch的反激變流器反饋電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要:介紹了利用TOPSwitch構(gòu)成的反激變流器.井從傳遞函數(shù)補(bǔ)償?shù)慕嵌确治隽朔答侂娐返脑O(shè)計(jì)方法.通過反饋電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的調(diào)整,變流器的輸出電壓紋波大幅度減小,抗干擾性能得到了加強(qiáng),效率有所提高.關(guān)鍵詞:單片開關(guān)電源;反激;反饋:傳遞函數(shù)0引言 近年來,中小功率的開關(guān)電源向著單片集成化的方向發(fā)展.1997年,美國(guó)功率集成公司(PowerIntegrationInc,簡(jiǎn)稱PI公司)推出三端單片電源TOPSwitch-II系列.該系列產(chǎn)品將MOSFET和控制電路集成在一起,不僅提高了電源效率,而且使電源的體積和重量大為減小. 由于TOP系列單片電源的集成度很高,外圍電路十分簡(jiǎn)單,本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析并改進(jìn)了反饋網(wǎng)絡(luò),驗(yàn)證了其對(duì)電路性能提高的有效性.1TOPSwitch開關(guān)電源反饋電路設(shè)計(jì) TOPSWitch的外圍電路主要分為輸入整流濾波電路、鉗位保護(hù)電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路和反饋電路5部分.其中前4部分電路設(shè)汁可以在PI公司的網(wǎng)站上找到專用的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算,電路的參數(shù)和器件型號(hào)都能滿足TOPSwitch開關(guān)電源的需要. 至于反饋電路,由于PI公司沒有專用的工具,所以必須根據(jù)電路的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì).單片開關(guān)電源的反饋形式雖然有很多,但可以歸結(jié)為圖1所示的4種基本形式.其中圖1(a)為基本反饋電路,電路簡(jiǎn)單但穩(wěn)壓性能較差,負(fù)載調(diào)整率只能達(dá)到S1=±5%;圖1(b)為改進(jìn)型反饋電路,增加了一只穩(wěn)壓管D5,可以使S1改善到±2%;圖1(c)為帶穩(wěn)壓管的光耦反饋電路,相當(dāng)于給TOPSwitch增加一級(jí)外部誤差放大器,再與內(nèi)部誤差放大器配合使用,可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,S1可到達(dá)±1%;圖1(d)為帶TL431的光耦反饋電路,用三端線性穩(wěn)壓管代替圖l(c)中的穩(wěn)壓管D5,從而對(duì)輸出電壓進(jìn)行精細(xì)調(diào)整,S1=±O.2%.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166750688.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí),一般根據(jù)實(shí)際技術(shù)要求選擇合適的反饋電路,本文就圖l(d)的反饋形式進(jìn)行分析.并給出較為實(shí)用的電路結(jié)構(gòu),圖2是應(yīng)用TOP224及精密反饋電路構(gòu)成的反激變流器,交流通用輸入(85~265V),多路輸出,要求主輸出電壓紋波在0.5%以內(nèi),負(fù)載調(diào)整率S1=±0.2%. [圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166750999.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 對(duì)于圖2電路,主要就是要確定R4、R5、R6及R7的值.電路利用輸出電壓與T1431構(gòu)成的誤差比較器,通過光耦PC817線性關(guān)系的電流變化控制TOPSwitch的Ic,從而改變PWM寬度,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的.從TOPSwicth的流入控制腳C的電流Ir與占空比D成反比關(guān)系,如圖3所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751391.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 為使PWM線性調(diào)節(jié),控制腳電流Ir應(yīng)在2~6mA之間,而Ic是受光耦二極管電流If控制的,由于光耦PC817是線性光耦,二極管正向電流If在3mA左右時(shí),三極管的集射電流Ice在4mA左右,而且集射電壓Vce在很寬的范圍內(nèi)線性變化.因此確定選PC817二極管正向電流If為3mA. 從TL431的技術(shù)參數(shù)知,Vka在2.5~37V變化時(shí),Ika可以在1~100mA內(nèi)大范圍變化,一般選20mA即可,既可以穩(wěn)定工作,又能提供一部分死負(fù)載. 由以上分析,可以得到一組關(guān)系式,有[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751491.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 式中:Vf是PC817二極管壓降; VR是TL43l參考端電壓; Vc是輸出電壓. 根據(jù)以上計(jì)算得到:R4=10kΩ、R5=10k、R6=470Ω、R7=150Ω. 使用以上參數(shù)構(gòu)成的反激變流器,由于高頻變壓器漏感的存在以及PCB的布局不夠合理,使得輸出電壓紋波較大,達(dá)到150mV(=3%),所以必須對(duì)控制電路進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高控制環(huán)路的增益和帶寬,改善電路的瞬態(tài)響應(yīng),以降低輸出紋波. TOPSwitch的控制函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn),第一個(gè)極點(diǎn)頻率為7kHz,它是由內(nèi)部阻容元件構(gòu)成的低通濾波器決定的,其截止頻率為7kHz,能濾掉開關(guān)噪聲電壓,而對(duì)誤差電壓只產(chǎn)生很小的相移.第二個(gè)極點(diǎn)頻率為1.7kHz,是由自動(dòng)重啟動(dòng)電容C8(47μF)和控制端動(dòng)態(tài)阻抗Zc決定的,該極點(diǎn)適用于開關(guān)電源在不連續(xù)模式且占空比D V1折算到低壓側(cè)的原邊直流電壓; RL為負(fù)載電阻; L為高頻變壓器次級(jí)電感.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751863.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 代入電路參數(shù)得 TOPSwitch的開關(guān)頻率為100kHz,為了避免其引起過多的相移,一般取帶寬為其頻率的l/4一1/5,我們?nèi)?/5為20kHz.則此時(shí)的相位φ=arctan(20/33)一arctan(20/14)-arctan(20/49)=-46° 如果用單極點(diǎn)補(bǔ)償[如圖5(a)所示],則帶寬處的相位裕度為180—90一46=43°,比工程上一般要求的45°偏小,所以采用雙極點(diǎn)補(bǔ)償形式來提升相位裕度.圖5(b)具有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn),把第一個(gè)極點(diǎn)設(shè)定在原點(diǎn),第一個(gè)零點(diǎn)一般在帶寬的1/8左右,這樣在帶寬處提升相位10°左右,此零點(diǎn)越低,相位提升越明顯,但太低了就降低了低頻增益,使輸出調(diào)整率降低,這里取2kHz.第二個(gè)極點(diǎn)的選取一般是用來抵消右半平面零點(diǎn)(一般由輸出電容的ESR引起)的增益升高,保證增益裕度,使帶寬處保持一20db/10decade的形狀,這里取極點(diǎn)頻率50kHz,如圖6所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751941.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通頻帶增益Ad=0,所以有R3/Rl=l,對(duì)應(yīng)圖2中,R8=R4=10kΩ.又有fz1=2kHz,fp2=50kHz, [圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166752008.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">得到C1=318pF,C2=8nF.對(duì)應(yīng)圖2中C9=318pF,C8=8nF. 此時(shí)帶寬處的相位裕度為180一90+10一46=54°,滿足工程上的要求.在低于OdB帶寬后,曲線為一40dB/decade,這樣增益迅速上升,低頻部分增益很高,使電源輸出的直流部分誤差非常小,并且有很好的負(fù)載調(diào)整率和電壓凋整率.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 按以上分析得到的參數(shù)設(shè)計(jì)了一款反激變流器電路,單片開關(guān)電源選用TOP224Y,總功率45W,輸出+5V(6A),士15V(1A),圖7、圖8為實(shí)測(cè)波形.輸出電壓紋波為20mV(=0.4%),電壓調(diào)整率SV3結(jié)語(yǔ) 本文通過分析反激變流器的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)出一種較好的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),并給出一些主要的參數(shù)的計(jì)算方法.針對(duì)實(shí)驗(yàn)電路,可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用新的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),輸出電壓紋波得到很大改善,抗干擾性能得到提高,而且電源效率有一定改善.
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[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166750999.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 對(duì)于圖2電路,主要就是要確定R4、R5、R6及R7的值.電路利用輸出電壓與T1431構(gòu)成的誤差比較器,通過光耦PC817線性關(guān)系的電流變化控制TOPSwitch的Ic,從而改變PWM寬度,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的.從TOPSwicth的流入控制腳C的電流Ir與占空比D成反比關(guān)系,如圖3所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751391.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 為使PWM線性調(diào)節(jié),控制腳電流Ir應(yīng)在2~6mA之間,而Ic是受光耦二極管電流If控制的,由于光耦PC817是線性光耦,二極管正向電流If在3mA左右時(shí),三極管的集射電流Ice在4mA左右,而且集射電壓Vce在很寬的范圍內(nèi)線性變化.因此確定選PC817二極管正向電流If為3mA. 從TL431的技術(shù)參數(shù)知,Vka在2.5~37V變化時(shí),Ika可以在1~100mA內(nèi)大范圍變化,一般選20mA即可,既可以穩(wěn)定工作,又能提供一部分死負(fù)載. 由以上分析,可以得到一組關(guān)系式,有[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751491.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 式中:Vf是PC817二極管壓降; VR是TL43l參考端電壓; Vc是輸出電壓. 根據(jù)以上計(jì)算得到:R4=10kΩ、R5=10k、R6=470Ω、R7=150Ω. 使用以上參數(shù)構(gòu)成的反激變流器,由于高頻變壓器漏感的存在以及PCB的布局不夠合理,使得輸出電壓紋波較大,達(dá)到150mV(=3%),所以必須對(duì)控制電路進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高控制環(huán)路的增益和帶寬,改善電路的瞬態(tài)響應(yīng),以降低輸出紋波. TOPSwitch的控制函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn),第一個(gè)極點(diǎn)頻率為7kHz,它是由內(nèi)部阻容元件構(gòu)成的低通濾波器決定的,其截止頻率為7kHz,能濾掉開關(guān)噪聲電壓,而對(duì)誤差電壓只產(chǎn)生很小的相移.第二個(gè)極點(diǎn)頻率為1.7kHz,是由自動(dòng)重啟動(dòng)電容C8(47μF)和控制端動(dòng)態(tài)阻抗Zc決定的,該極點(diǎn)適用于開關(guān)電源在不連續(xù)模式且占空比D V1折算到低壓側(cè)的原邊直流電壓; RL為負(fù)載電阻; L為高頻變壓器次級(jí)電感.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751863.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 代入電路參數(shù)得 TOPSwitch的開關(guān)頻率為100kHz,為了避免其引起過多的相移,一般取帶寬為其頻率的l/4一1/5,我們?nèi)?/5為20kHz.則此時(shí)的相位φ=arctan(20/33)一arctan(20/14)-arctan(20/49)=-46° 如果用單極點(diǎn)補(bǔ)償[如圖5(a)所示],則帶寬處的相位裕度為180—90一46=43°,比工程上一般要求的45°偏小,所以采用雙極點(diǎn)補(bǔ)償形式來提升相位裕度.圖5(b)具有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn),把第一個(gè)極點(diǎn)設(shè)定在原點(diǎn),第一個(gè)零點(diǎn)一般在帶寬的1/8左右,這樣在帶寬處提升相位10°左右,此零點(diǎn)越低,相位提升越明顯,但太低了就降低了低頻增益,使輸出調(diào)整率降低,這里取2kHz.第二個(gè)極點(diǎn)的選取一般是用來抵消右半平面零點(diǎn)(一般由輸出電容的ESR引起)的增益升高,保證增益裕度,使帶寬處保持一20db/10decade的形狀,這里取極點(diǎn)頻率50kHz,如圖6所示.[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166751941.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);"> 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通頻帶增益Ad=0,所以有R3/Rl=l,對(duì)應(yīng)圖2中,R8=R4=10kΩ.又有fz1=2kHz,fp2=50kHz, [圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/48/1166752008.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">得到C1=318pF,C2=8nF.對(duì)應(yīng)圖2中C9=318pF,C8=8nF. 此時(shí)帶寬處的相位裕度為180一90+10一46=54°,滿足工程上的要求.在低于OdB帶寬后,曲線為一40dB/decade,這樣增益迅速上升,低頻部分增益很高,使電源輸出的直流部分誤差非常小,并且有很好的負(fù)載調(diào)整率和電壓凋整率.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 按以上分析得到的參數(shù)設(shè)計(jì)了一款反激變流器電路,單片開關(guān)電源選用TOP224Y,總功率45W,輸出+5V(6A),士15V(1A),圖7、圖8為實(shí)測(cè)波形.輸出電壓紋波為20mV(=0.4%),電壓調(diào)整率SV3結(jié)語(yǔ) 本文通過分析反激變流器的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)出一種較好的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),并給出一些主要的參數(shù)的計(jì)算方法.針對(duì)實(shí)驗(yàn)電路,可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用新的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),輸出電壓紋波得到很大改善,抗干擾性能得到提高,而且電源效率有一定改善.
原文:“如果用單極點(diǎn)補(bǔ)償[如圖5(a)所示],則帶寬處的相位裕度為180—90一46=43°......”
請(qǐng)大家注意那個(gè)相位裕度的計(jì)算方式,是180-90-(閉環(huán)增益)=增益裕度.
再看書上的一段:BOOST(提升相位)=M-P-90 (M是相位提升裕度;P是開環(huán)增益;90是常數(shù)).
對(duì)比上面兩個(gè)計(jì)算式能否看出什么規(guī)律?誰(shuí)能解釋一下嗎?
請(qǐng)大家注意那個(gè)相位裕度的計(jì)算方式,是180-90-(閉環(huán)增益)=增益裕度.
再看書上的一段:BOOST(提升相位)=M-P-90 (M是相位提升裕度;P是開環(huán)增益;90是常數(shù)).
對(duì)比上面兩個(gè)計(jì)算式能否看出什么規(guī)律?誰(shuí)能解釋一下嗎?
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