模塊化設計開關電源,全方位精確計算環路模塊。
以反激為例,采用mathcad軟件全面精確計算環路參數,確保100%的可靠性。
主電路部分請參看下帖:
【原創】精確計算開關電源-最優化開關電源設計大揭秘
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以最簡單的反激電路為例,計算電源的環路。揭開電源設計中環路設計的面紗:原來環路計算是如此簡單?
按照以下3部分講述:
A、主電路的小信號傳遞函數(13貼)
A1、功率濾波電路(13貼)
A2、反激電路(15貼)
B、控制電路的小信號傳遞函數(17貼)
B1、比例積分PI調節(17貼)
B2、隔離光耦(20貼)
B3、控制芯片(22貼)
C、總的開環小信號傳遞函數(24貼)
坐在電腦前就能把電源設計好?這是真的,電源設計90%的工作量都可以在電腦前完成。
尤其是涉及到電源穩定性的環路設計,再也不用怕電源調試炸機了,分分鐘搞定電源穩定性。
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由于時間有限,所以先貼出整個過程,如果有不明白的地方,請回帖提出來,我看到了自然會回帖慢慢解釋。
首先自然是一些必要的參數,即計算從10Hz-1MHz的頻率范圍,每10Hz計算一個點。
這個范圍比較大,實際為了節省軟件計算時間,不用設的這么大。
A、主電路的小信號傳遞函數
A1、功率濾波電路
首先是主電路的傳遞函數,主電路分2部分,先講簡單的第2部分,即功率濾波電路,主要由第1級輸出電解電容、輸出直流濾波電感、第2級輸出電解電容組成,即所謂的Π電路。
這個就是主電路濾波電路部分的小信號傳遞函數,由于濾波前是3級濾波電路,濾波后是2級濾波電路,所以相差1級濾波電路,即是以-20dB每10倍頻的斜率下降。
(A1、功率濾波電路幅頻相頻曲線)
A2、反激電路
這是主電路第1部分的采用電流峰值控制的反激電路的小信號模型的一些參數。
6個參數,其實只有2個參數是需要的,其它的只是列出來而已,別無他意。
由于電流連續CCM與電流斷續DCM模式的小信號模型不一樣,所以采用分段函數做了一個統一,由軟件自行判斷采用哪個模式,同時從最后的結果來看,也幾乎是平滑過渡的,所以電源在CCM、DCM切換時,是不會有任何可靠性問題產生的(雖然很多教科書會說DCM比CCM更容易控制,其實不然)。
這個就是主電路的反激拓撲部分的小信號傳遞函數,并不符合可靠性的要求,所以要進行控制的補償。
(A2、反激電路幅頻相頻曲線)
(A、主電路幅頻相頻曲線)
,
B、控制電路的小信號傳遞函數
B1、比例積分PI調節
控制電路的傳遞函數部分,主要包括比例積分調節(PI調節),即RC調節。
這個電路采用431(看作運算放大器)的RC串聯調節即可(并不用再并聯一個C,軟件中的Cc并不需要,在這里設了一個1pF,這個值幾乎可以忽略)。
這里標紅是需要人為調節,再看最終的開環增益是否滿足可靠性要求,如果不滿足,就需要重新調節標紅的部分,直到滿足。這也是mathcad這個軟件能夠實時計算的優點。
PI調節是控制電路的第1部分。
如果需要更精確,即考慮431的直流增益、帶寬、開環增益等參數,可以用以下這個公式進行修正。
而事實上2者基本一樣,所以為簡單計,不修正也行。
(B1、比例積分PI調節的部分幅頻相頻曲線)
由于采用的是交叉負載調整,以及使用光耦隔離,所以需要把電壓轉換成電流,這就是第一部分最終的小信號傳遞函數。
(B1、比例積分PI調節幅頻相頻曲線)
B2、隔離光耦
這是控制電路的第2部分,即光耦的隔離傳遞小信號模型。
這個就是光耦的傳遞模型,光耦集射級電壓對光耦的LED電流。
(B2、隔離光耦幅頻相頻曲線)
B3、控制芯片
這個是控制電流的第3部分,主要是根據控制芯片的參數Avcs,所以是個定值。已經轉換為原邊峰值電流了。
(B3、控制芯片幅頻相頻曲線)
這個是以上3部分控制電路的綜合,即控制電流的傳遞函數。
(B、控制電路幅頻相頻曲線)
C、總的開環小信號傳遞函數
而主電路與控制電路的總和,即為整個電源的開環傳遞函數。
可以從穿越頻率、相位裕量、穿越斜率等參數看是否已經滿足了可靠性的要求,如果不滿足,則反回去修正PI參數,直到滿足為止。
整個電源的開環增益圖,給人更直觀的感受,是否可靠,一目了然。自此,計算完成,夠簡單吧。
(C、總開環增益幅頻相頻曲線)
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很好的帖子,學習學習!!