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六步学会开关电源补偿器Gc(s)的设计流程

yyl0107 回答数0 浏览数709
开关电源的动态小信号环路参数 Gc(s) 设计 ,一直是开关电源开发人员非常头疼、不知所措、难以把握的事情。下面我们将分步骤来解析补偿器 Gc(s) 的设计流程,首先让我们来看下,开关电源的一般结构框图和它的小信号传递函数框图。

图1:开关电源的结构框图

图2:小信号传递函数框图

我们可以看见图2中有一台闭环后的环增益 T(s),它为:T(s) = H⋅ Gc(s)⋅ Hoc⋅ KD⋅ G′vc(s)= Gc(s)⋅ Tu(s),其中:Tu(s) = H⋅ Hoc⋅ KD⋅ G′vc(s) 是未加补偿(误差放大器)时的环增益,也有文献将其称作开环环增益。

那么如何设计补偿器 Gc(s) 呢?

我们将通过如下6个步骤解析其设计流程



<hr/>#第一步
根据控制策略,选择补偿器的结构

电压型控制的补偿器结构

峰值电流型控制的补偿结构
关于这部分的详细介绍,可以观看如下课程了解学习:

3.1传递函数的频域表示-Bode图
3.2七种常见环节的Bode图-上
3.3七种常见环节的Bode图-中
3.4七种常见环节的Bode图-下及组合环节的Bode图

6.1 开关电源的小信号传递函数框图与闭环小信号动态方程
6.2 开关电源的环增益与稳定性判据及闭环小信号等效电路

7.1 可以解析之开关电源的小信号设计-上
7.2 可以解析之开关电源的小信号设计-中
7.3 无法解析之开关电源的小信号设计-下
<hr/>#第二步
计算设计工作点上的等效功率级小信号传递函数G′vc(s)

关于这部分的详细介绍,可以观看如下课程了解学习:

2.1等效功率级的一般小信号等效电路-上
2.2等效功率级的一般小信号等效电路-下
2.3电压型控制等效功率级的小信号传递函数
2.4峰值电流型控制等效功率级的小信号传递函数
2.5峰值电流型控制下基本变换器的小信号传递函数

4.1功率变换器的一般小信号等效电路
4.2三个基本变换器的小信号传递函数
4.3 Buck变换器的小信号传递函数剖析

5.1等效功率级的一般小信号等效电路-上
5.2等效功率级的一般小信号等效电路-下
5.3电压型控制等效功率级的小信号传递函数
5.4峰值电流型控制等效功率级的小信号传递函数
5.5峰值电流型控制下基本变换器的小信号传递函数

6.1开关电源的小信号传递函数框图与闭环小信号动态方程
6.2开关电源的环增益与稳定性判据及闭环小信号等效电路

7.1 可以解析之开关电源的小信号设计-上
7.2 可以解析之开关电源的小信号设计-中
7.3 无法解析之开关电源的小信号设计-下
<hr/>#第三步
设计光耦隔离电路的参数 Hoc
Hoc 可近似为一台比例环节,其大小会影响开关电源的静态稳压精度。
关于这部分的详细介绍,可以观看如下课程了解学习:

6.1开关电源的小信号传递函数框图与闭环小信号动态方程
6.2开关电源的环增益与稳定性判据及闭环小信号等效电路

7.1 可以解析之开关电源的小信号设计-上
7.2 可以解析之开关电源的小信号设计-中
7.3 无法解析之开关电源的小信号设计-下
<hr/>#第四步
设计输出电压的反馈取样参数 H

关于这部分的详细介绍,可以观看如下课程了解学习:

6.1开关电源的小信号传递函数框图与闭环小信号动态方程
6.2开关电源的环增益与稳定性判据及闭环小信号等效电路

7.1 可以解析之开关电源的小信号设计-上
7.2 可以解析之开关电源的小信号设计-中
7.3 无法解析之开关电源的小信号设计-下
<hr/>#第五步
根据下图的环增益要求及所选的补偿器结构,设计具体的补偿器 Gc(s) 参数

关于这部分的详细介绍,可以观看如下课程了解学习:

6.1开关电源的小信号传递函数框图与闭环小信号动态方程
6.2开关电源的环增益与稳定性判据及闭环小信号等效电路

7.1 可以解析之开关电源的小信号设计-上
7.2 可以解析之开关电源的小信号设计-中
7.3 无法解析之开关电源的小信号设计-下
<hr/>#第六步
对设计的 Gc(s) 参数,进行实验,并通过仪器测试全输入/全负载范围内的环增益。

关于这部分的详细介绍,可以观看如下课程了解学习:

6.1开关电源的小信号传递函数框图与闭环小信号动态方程
6.2开关电源的环增益与稳定性判据及闭环小信号等效电路

7.1 可以解析之开关电源的小信号设计-上
7.2 可以解析之开关电源的小信号设计-中
7.3 无法解析之开关电源的小信号设计-下

8.1开关电源的闭环小信号环增益测试
8.2开关电源的其它小信号传递函数测试
以上这种设计方法,是张兴柱博士长期对开关电源的动态小信号进行研究的心得,将开关电源的动态小信号分析结果,运用到实际的开关电源产品,通过验证后,总结出来的一套完整、系统的小信号设计方法。
在实际运用过程中,需要掌握完整的小信号理论知识,即要完全听明白《开关电源的小信号环路设计》课程后,方能进行;同时还有一台条件,也即所用的功率级之小信号传递函数可以解析得到。后者对于极大部分 PWM 变换器来讲,都不是问题,只是前者需要自个的学习、努力才行!
《开关电源的小信号环路设计》课程是张兴柱博士主讲的课程。共有8个单元27节课,课程时长12小时左右。把抽象的动态小信号传递函数与开关电源中对应的物理概念相联系,把控制理论所喜欢的传递函数方块图与工程开发人员所喜欢的等效电路相联系,使开关电源的动态小信号分析和设计变得相当的简单和容易理解。
<hr/>课程目录

适合谁学?
1、开关电源产品,与其它电力电子产品的所有开发人员;
2、开关电源方向,与其它电力电子方向的硕士生、博士生。

学完课程您将有如下收获
在产品研发中,极大地提高所开发的开关电源产品之性能,并能迅速提升自个的开关电源动态小信号知识。

讲师介绍

张兴柱博士
曾任深圳华为电源技术研究部总经理     
二次/工业电源产品线副总监     
美国 Virginia Tech 电子研究中心客座教授

1983、1987、1990 年分获浙江大学电机系电力电子技术的学士、硕士和博士  
1990~1995 年在浙江大学从事电力电子的教学与科研,1992 年评为副教授  
1995~1998 年任美国 Virginia Tech 电力电子研究中心客座教授  
1998~2001 年任深圳华为电气公司电源技术研究部总经理,二次/工业电源产品线副总监  2002~至今任普高(杭州)科技开发有限公司总经理

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