一种提高模块电源动态响应速度的方法

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1、一种提高模块电源动态响应速度的方法华晓辉1林维明1熊代富2(1福州大学2伊博（杭州）电源有限公司)摘要：本文分析了隔离变换器模块电源中动态响应影响因素，提出了一种提高动态响应办法，即在光耦的附近加入零点，并推导其小信号模型，本文以实验验证了该方法的可行性。关键词：动态响应光耦小信号模型AfasttransientresponsedesignforpowersupplymodulesHuaXiaohui1LinWeiming1XiongDaifu2(1FuzhouUniversity2Bel-power(hangzhou)Co.,Ltd)Abstract:Inthispaperanalysiso

2、ftransientresponseispresentedintheisolatedpowersupplyproductsfirst,thenamethodtoimprovetransientresponseinpowersupplymodulesisputforward.Themethodisthattoaddazeropointinthenearbyopto-coupler,meanwhiletheACsmallsignalisalsodeducedindetail.Intheendthesimulationandexperimentresultsprovesthemethod.Keywo

3、rds:transientresponsesmallsignalmodelofopto-coupler1.引言计算机等电子设备对模块电源的要求越来越高，比如计算机进入休眠模式时，如果突然启动则需要花一定的时间才能正常工作，通常一个模块电源的动态响应时间需要一个开关周期，同时要求电源系统对电网或负载的干扰具有较好的抑制能力。提高开关频率在某种程度上可以加快模块电源的负载调整率，但如果开关频率太高的话，会带来开关损耗的增加和EMI问题。因此低压大电流、快速动态响应开关电源对电力电子研究人员提出了新的挑战。2.电源系统动态响应分析图1是模块电源带负载时的动态响应波形图，当负载电流发生突变时，引起的输

4、出电压的突变主要是由于滤波装置的ESR、ESL引起的[1,2]。第一个尖峰电压主要是电路的寄生参数，第二个尖峰电压跟开关频率、控制类型等电路特性有关。图1(a)开关变换器反馈控制系统图1(b)开关变换器的动态响应波形(1)(2)(3)(4)上式中，，；为输出滤波电感、为输出滤波电容、为输出电容的等效串联电阻、为输出电容的等效串联电感、为输出电压至负载间的寄生电感，为负载的突变电流、为突变电流的变化速率。(8)(9)(10)(11)从上式可以看出如果负载的跳变电流越大则，并且输出滤波电感越大、控制环路的通频带宽越窄则越小，但如果滤波电感太小的话，输出纹波较大，很有可能影响效率。为负载跳变至的时间

5、，第一个峰值电压，第二个尖峰电压见图1(b)。为提高动态响应通常减小的办法是使用多个输出电容并联以减小的等效串联电阻，但此举降低了模块电源的功率密度并提高了成本。电路中等效串联电阻和滤波电容还会形成一个零点，在控制环路的设计中还常常考虑这零点给动态响应带来的影响，因为零点可以拓宽电路频率带宽、改善电路的动态性能。对于大多数隔离变换器的应用场合而言，它的负载电流跳变速率通常小于,那么就满足：(12)所以，也就是说电压可以不考虑，只考虑电压，这减少了电源设计的难度。的幅值受电路中滤波装置的延时、控制环路延时、采样网络延时、驱动延时等等的影响，这些都会影响变换器的通频带带宽。模块电源的隔离变换器和非

6、隔离变换器的主要区别是隔离变换器具有电气隔离和较宽的输入电压范围。然而隔离变换器的变压器和光耦对电路的控制特性影响很大，通常光耦具有延时特性是因为在光耦的应用中需要较大的电流传输比CTR，也即扩大内部接受光照面积，造成一个很大的结电容，这在的频率的地方具有一个极点[3]，影响了控制环路的通频带宽。光耦的这个低频极点不但增加了补偿电路的设计难度也影响了电路的动态性能。如果采用副边控制技术，省去光耦，提高变换器的动态响应，但是它外加一个启动电压，这增加了设计难度和设计成本。因此对工程实际设计有必要寻找一种简便的提高动态响应的办法。3、改进系统动态响应速度的设计由经典控制理论可知，附加适当的零点方法

7、来改善系统性能，只有补偿的零点位置离主导极点位置很近时，才能发生作用，并且需要注意改善的是系统的动态性能还是稳定性。在小信号特性的分析过程中，存在一种零点称为右半平面零点，它引起相位滞后而并非超前。伴随着增益递增，右半平面零点引起90度的相位滞后。在设计反馈补偿电路的时候，应使系统的穿越频率原远远低与右半平面零点频率，这可能限制闭环系统的通频带宽。图2是电路中是在常用的峰值电流控制的方法中并入了一