文档介绍：开关电源反馈设计
除了磁元件设计以外,反馈网络设计也是开关电源了解最少、且非常麻烦的工作。它涉及到模拟电子技术、控制理论、测量和计算技术等相关问题。
开关电源环路设计的目标是要在输入电压和负载变动范围内,达到要求的输出(电压或电流)精度,同时在任何情况下应稳定工作。当负载或输入电压突变时,快速响应和较小的过冲。同时能够抑制低频脉动分量和开关纹波等等。
为了较好地了解反馈设计方法,首先复****模拟电路中频率特性、负反馈和运算放大器基本知识,然后以正激变换器为例,讨论反馈补偿设计基本方法。并介绍如何通过使用惠普网络分析仪HP3562A测试开环响应,再根据测试特性设计校正网络和验证设计结果。最后对仿真作相应介绍。
频率响应
在电子电路中,不可避免存在电抗(电感和电容)元件,对于不同的频率,它们的阻抗随着频率变化而变化。经过它们的电信号不仅发生幅值的变化,而且还发生相位改变。我们把电路对不同频率正弦信号的输出与输入关系称为频率响应。
频率响应基本概念
电路的输出与输入比称为传递函数或增益。传递
函数与频率的关系-即频率响应可以用下式表示 60
其中G(f)表示为传递函数的模(幅值)与频率的关系,称为幅频响应;而∠?(f)表示输出信号与输入信 0 号的相位差与频率的关系,称为相频响应。,(a)为幅???G(f)??(f) G频特性,它是画在以对数频率f为横坐标的单对数坐标 90上,纵轴增益用20logG(f)表示。(b)为相频特性,同样以对数频率f为横坐标的单对数坐标上,纵轴
0表示相角?。两者一起称为波特图。在幅频特性上,有一个增益基本不变的频率区间,而当频率高于某一频率或低于某一频率,增益都-90会下降。当高频增高时, 波特图 3dB时的频率我们称为上限频率,或上限截止频率
fH,大于截止频率的区域称为高频区;在低频降低时,当达到增益比恒定部分低3dB时的频率我们称为下限频率,或下限截止频率fL,低于下限截止频率的区域称为低频区;在高频截止频率与低频截止频率之间称为中频区。在这个区域内增益基本不变。同时定义
BW?fH?fL (6-1)
为系统的带宽。
基本电路的频率响应
1. 高频响应
在高频区,影响系统(电路)。,输出电压与输入电压之比随频率增高而下降,同时相位随之滞后。利用复变量s得到 G(s)?Uo(s)1/sC1
(6-2) ??Ui(s)R?1/sC1?RsC
对于实际频率,s=jω=j2πf,并令
1
fH?
1
(6-3) 2πRC
就可以得到电路高频电压增益
?U1? GH?o? (6-4) 1?jffUHi
由此得到高频区增益的模(幅值)和相角与频率的关系 GH(f)?对数幅频特性为
1?(ffH)
2
(6-5)
GH(dB)?20logG?20log
1?(ffH)2
(6-5a)
o
(a )
(b) 高频响应
H φH 图2电路的高频波特图
?H??arctan(ffH) (6-6) 幅频响应
1) 当f<<fH时,式(6-5a) GH(dB)?20log
1?(ffH)
1?(ffH)
2
?20log1?0dB
即增益为1,位于横坐标的一条水平线; 2) 当f>>fH时
GH(dB)?20log
2
?20log(ffH)
可见,对于对数频率坐标,上式为一斜线,斜率为-20dB/十倍频(-20dB/dec),与0dB直线在f=fH处相交,所以fH称为转折频率。当f=fH时,GH(dB)?20log(1/2)??3dB,即
GH?/2=。高频响应以0dB直线与-20dB/dec为渐
近线,在转折频率处相差最大为-3dB。。
当频率等于转折频率时,电容电抗正好等于电阻阻值。当频率继续增加时,电容C的阻抗以-20dB/dec减少,即频率增加10倍,容抗减少10倍,所以输出以-20dB衰减。相频特性
相位与频率的关系(式())可以用以下方式作出: 1)当f<<fH时,?H→0°,得到一条?H=0°直线。 2)当f>>fH时,?H→90°,得到一条?H=90°直线。 3)当f=fH时,?H=45°。
当f= =10fH时, ?H分别为-°和-°,故可近似用斜率为?45/dec斜线表示。(b)所示。
由幅频和