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时间:2020-09-09
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1、第六章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,首先复习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
2、设计结果。最后对仿真作相应介绍。6.1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。6.1.1频率响应基本概念(dB)20log(G)6040BW20fLfH0100101102103104105f(a)90°0°100101102103104105f-90°(b)图6.1波特图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其中G(f)表示为传递函数的模(幅值)与频
3、率的关系,称为幅频响应;而∠(f)表示输出信号与输入信号的相位差与频率的关系,称为相频响应。典型的对数幅频响应如图6.1所示,图6.1(a)为幅频特性,它是画在以对数频率f为横坐标的单对数坐标上,纵轴增益用20logG(f)表示。图6.1(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,增益都会下降。当高频增高时,当达到增益比恒定部分低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
4、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(6-1)为系统的带宽。6.1.1基本电路的频率响应1.高频响应在高频区,影响系统(电路)的高频响应的电路如图6.2所示。以图6.2a为例,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(6-2)对于实际频率,s=jω=j2πf,并令(6-3)就可以得到电路高频电压增益RLCR(a)(b)图6.2高频响应(6-4)由此得到高频区增益的模(幅值)和相角与频率的关系(6-5)对数幅频特性
5、为(6-5a)(6-6)幅频响应20logG(dB)10-210-11001011021030f/fH-20-40(a)φ10-210-11001011021030f/fH-45-90(b)图6.3图2电路的高频波特图1)当f<>fH时可见,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,dB,即=0.707。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。幅频特性如图
6、6.3a所示。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(6.6))可以用以下方式作出:1)当f<>fH时,H→90°,得到一条H=90°直线。3)当f=fH时,H=45°。当f=0.1fH和f=10fH时,H分别为-5.7°和-84.3°,故可近似用斜率为斜线表示。相频特性如图6.3(b)所示。由幅频和相频可以看到,当频率增加时,电路增益越来越小,相位滞后越来越大。当相位
7、达到90°时,增益为0。幅频和相频特性都由上限频率fH决定。从式(6.3)可以看到,上限截止频率由电路的时间常数(RC)决定。如果图6.2b的时间常数L/R与图6.2a的时间常数RC相等,则图6.2b电路的波特图与图6.2a完全相同。从图6.3可以看出,高频信号大大衰减,而低频信号得以保存。因此,这种电路也称为低通滤波器。对于图6.2a电路,如果时间常数对研究的时间来说大的多,即电阻和电容数值很大,我们有因为Uo=Uc,可以得到(6-7)这是一个积分电路。可见,相同的电路对不同的研究目的表现出不同的功能。2.低频特性我们来研究
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