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新型非隔離負(fù)電壓DC/DC開關(guān)電源的設(shè)計(jì)(2)
2011年10月18日 11:27 來源:本站整理 作者:秩名 我要評論(0)
2 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
2.1 非隔離負(fù)電壓開關(guān)電源小信號建模
從本質(zhì)上來講,本文介紹的非隔離負(fù)電壓DC/DC開關(guān)電源為非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源,其等效功率級電路原理圖如圖5所示,這里考慮了輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻Resr對系統(tǒng)的影響。
圖5 非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源等效功率級電路原理圖
圖6給出圖5利用平均電路法建立的非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源CCM大信號模型。設(shè)Vi為輸入電壓的穩(wěn)態(tài)值,Vo為輸出電壓的穩(wěn)態(tài)值,Vpc為受控電壓源兩端電壓的穩(wěn)態(tài)值,Ii為輸入電流的穩(wěn)態(tài)值,IL為輸出電感電流的穩(wěn)態(tài)值,D為占空比的穩(wěn)態(tài)值。
圖6 非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源CCM大信號模型
引入上述穩(wěn)態(tài)值對應(yīng)的小信號擾動。
令:
可以推導(dǎo)出:
若小信號干擾滿足D,忽略二次項(xiàng)并化簡等式(3)和等式(4)得,的線性化表達(dá)式為:
根據(jù)等式(5)和等式(6),即可得到圖7所示的用理想變壓器表示非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源的CCM小信號模型。
圖7 非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源CCM小信號模型
2.2 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
圖8為電流連續(xù)模式下峰值電流控制(CCMCPM)型非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源的系統(tǒng)框圖。控制環(huán)路包括了電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)兩個部分。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)屬于電壓外環(huán),因此設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要先建立包含電流控制內(nèi)環(huán)的小信號模型。
圖8 CCM-CPM型非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源系統(tǒng)框圖
假設(shè)系統(tǒng)穩(wěn)定,且忽略輸出電感紋波電壓及人工斜坡補(bǔ)償?shù)挠绊懀瑒t輸出電感電流等于控制電流,即:
根據(jù)圖7所示的非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源CCM小信號模型,同時(shí)將等式(7)帶入化簡得,CCM-CPM型非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源的動態(tài)方程為:
利用等式(8)和等式(9)可以很容易的建立圖9所示的CCM-CPM型非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源小信號模型。
圖9 CCM-PWM型非隔離負(fù)電壓Buck開關(guān)電源小信號模型
考慮到控制電流與控制電壓滿足:
式中Rs為電流采樣電阻;k為采樣電流放大系數(shù)。將式(10)帶入式(9),得控制電壓與輸出電壓的傳遞函數(shù)Ap ( s)為:
分析可知,控制對象Ap (s)為單極點(diǎn)型控制對象,并且受等效串聯(lián)電阻的影響,其高頻特性差,抑制高頻噪聲的能力弱。
因此根據(jù)圖10所示的CCM-CPM型電壓外環(huán)系統(tǒng)框圖,所設(shè)計(jì)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)不僅要提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和響應(yīng)速度,而且要增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。
圖10 CCM-CPM型電壓外環(huán)系統(tǒng)框圖
圖11為實(shí)際非隔離負(fù)電壓DC/DC變換電路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的硬件電路圖。
圖11 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)硬件電路圖
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)放大倍數(shù)與電源控制器反饋引腳相對于其參考地的靜態(tài)工作電壓Vf成正比,這里的靜態(tài)工作電壓Vf滿足如下關(guān)系式:
注意Vf的值應(yīng)在適中的范圍,當(dāng)取值太大,會降低系統(tǒng)的信噪比。當(dāng)取值太小,系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)態(tài)特性都會下降。
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性通過電容C2、C3、C4來補(bǔ)償。其中電容C2引入超前校正,有效的提高了系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。電容C3則增大了系統(tǒng)的帶寬。而電容C4起到了旁路高頻噪聲的作用。因此通過合理的選擇C2、C4、C4的電容值,可以使系統(tǒng)獲得較滿意的動態(tài)補(bǔ)償效果。
本文導(dǎo)航
- 第 1 頁:新型非隔離負(fù)電壓DC/DC開關(guān)電源的設(shè)計(jì)(1)
- 第 2 頁:補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
- 第 3 頁:實(shí)驗(yàn)研究
標(biāo)簽:開關(guān)電源(10821)負(fù)電壓(70)
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