电压环与电流环设计

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1、控制电路设计一、电流环的设计电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值，使它处于稳定状态，根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下：其中Vcv为电压环的输出电压（即系统的参考电压），Vs为锯齿波的幅值，IL为电感上的电流，K1为采样的放大倍数。设置PI为单零点—单极点补偿网络。如下图所示：因为系统的开关频率为100KHZ，为了避免开关频率对控制环路的影响，穿越频率fci必须远远小于开关频率，当然为了对系统动态响应的速度，我们希望fci越大越好，在一般的开关电源中，fci都小于开关频率的1/

2、10，此处我们设置为开关频率的1/10，即10KHZ。补偿网络的传递函数为：,由系统框图可以得系统的开环传递函数为：，式中：Vs=5V；L=15uH;K1=1/100;S=jw;代入上式，当fci=10KHz时，=1，令补偿零点角频率在fci/2处，即=5KHz，经计算得=,=,所以=74，令=1K，得=74K，=2.7nf,代入得开环传递函数为：，经MATLAB画出BODE图如下：从上图可以看出，在(1/2)fci频率处，开环传递函数的斜率由-40dB变成-20dB，可以达到较快的动态响应，由于传

3、递函数以-20dB的斜率穿越0dB线，也可以获得足够的相位裕量（64度）。同时由于从0Hz~(1/2)fci之间，开环传递函数以-40dB斜率衰减，可以获得很高的静态增益，从而使得静态误差非常的小。根据乃奎斯特环路稳定性判据，系统是稳定的，设计也合理。二、电压环的设计在电压环的设计中，电流环可视为控制对象的一个环节，因此先得求取电流控制环的闭环传递函数，由前面的电流控制环的开环传递函数得闭环传递函数为：，同理MATLAB得其BODE图如下：根据该闭环传递函数的BODE图，为了便于分析我们用传递函数近

4、邻代替它来处理，的BODE图如下所示：再根据整个电路，可以得电压环控制系统的构图如下：框图中Vref为系统给定电压（2.5V）,CA电流环控制单元，K2为输出电压采样放大倍数，Vo为输出电压，1/SC为输出阻抗。PI调节器采用与电流环结构一样的单极点—单零点补偿网络，如下图所示：由于在fci以下，电流环增益为1，相位为0，在电压环的设计中，电流环为单位1，为了使整个系统得到较高的中频带宽，设电压环的穿越频率fcv=1KHz,电压环PI补偿零点角频率=(1/2)fcv,设计方法与电流环的设计一样：在f

5、fci时，把整个电流环加入系统中，得整个电压环的开环传递函数为：，得到BODE图如下：由整个BODE图可知，系统在0—500Hz时以-40dB斜率下降，具有较高的静态增益，从而使得静态误差非常的小，在(1/2)fcv(5

6、00Hz)频率处，开环传递函数的斜率由-40dB变成-20dB，并以-20dB的斜率穿越0dB线，可以获得足够的相位裕量58度。当f>fci时，开环传递函数的以-40dB斜率下降，从而系统有较大的抗干扰能力。