转——离线式反激转换器 (off-line flyback converter) 的反馈控制 3

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离线式反激转换器 (off-line flyback converter) 的反馈控制 3

2.图七补偿电路的小信号转换函数如下 [5] 8 N( A6 `0 F& t0 n4 q图八为相应的补偿器波德图。 # x, b; w+ c& y0 | ) h, l4 S* ?! \+ t7 a图八、Type II 补偿器波德图 6 t  j1 Y* m' m$ S" x  H; j3.从(7)式看，共有Ra、Rb、Rc3、Rd、Ca、Cb 及 CTR 等七个参数待定。而已知的只有前面算出的三个关系式。 7 @* v* H4 i! N' O$ |- R4 t换句话说，有四个参数必须从其他条件获得。 4.首先为电阻Rd，大部份新型的控制IC都已设定好，设计者可以从IC供货商数据中获得。 + T7 F! B- S& S+ g' k5.其次，TL431 的参考电压也可从供货商数据中得取，常规约为2.5V。为让TL431正常运作，通过Rb 的电流(Ivd) 至少须125μA，一般加上余裕，可以设定成250μA。所以 Ra 与Rb 就可以很容易的计算出来。 $ c4 {+ n( c' z  W. T , R' D2 t9 C8 i% A$ b1 L) I- Q6.此外，光耦的电流传递比(CTR)可以从供货商数据里估计。事实上如前所述，CTR 为一非线性值，随通过光耦二极管电流大小而变。一般通过光耦二极管电流约为几百μA，CTR 约在0.1 到0.5之间，确实的数值必须透过精密量测而得。此例将假设CTR 为0.5。 4 N* g. u! k8 |1 t+ @7.如此一来，七个参数已经决定了四个，其余的三个参数可藉由(8)、(9)及(10)三个关系式算出唯一解。 8.算出RC3 的数值后必须要检讨一下。从TL431 运行原理，其阴极电压必须高于2.5V，同时流过阴极的电流必须大于1mA 才可以获得正确的稳压。通常会在光耦二极管上并联一个1kΩ 左右的电阻以提供足够的阴极电流。特别注意，这个并联电阻并不会改变系统小信号特性。所以可以得到下列关系式: 6 f! v- W0 s9 H' m9 C# F 其中VF 为光耦二极管的顺向压降，常规约略为1.0V。RC3的最大值就可以估计出来了。 & }8 @- ~0 M% z# _  G! P; f 代入前面的例子，同时假定最大阴极电流为1.5mA，则RC3必须小于5.6kΩ。太高的RC3会降低补偿电路的中频增益。如果计算出来的RC3大于上限值就表示必须降低设定交越频率，或采用其他的补偿计算方法。 1 Y; @$ A0 E, J) Y: x& c. P2 H9.光耦合器在先天上存在一个并联于光耦三极管的等效电容，必须用电路量测的方法测得，常规约在2nF到5nF之间。补偿器计算出来的Cb值必须减去这个杂散电容，才是要外加的电容值。如果算出来的Cb值比杂散电容小，那就不需要外加电容了，不过因为不能完全补偿ESR零点(极点靠近低频)，所以相位裕量会变差一些。 & U# ^9 v% M- M6 ]設計工具與模擬驗證 为了让上述计算可以快速进行，特别制作两个Mathcad计算程序“Flyback CCM Type II Compensation” 与 “Flyback Loop Gain Analysis”，方便反馈的计算与分析。同时可藉由Simplis仿真来比较本文模型计算的误差。图九为Simplis仿真电路图，图十到图十二为本文提供的设计方法用Mathcad 分析计算与Simplis 模拟结果比较。图十为功率电路转移函数波德图，图十一为补偿器电路转移函数波德图，图十二为回路增益波德图。(a)为幅值，(b)为相位。图中红色实曲线为Mathcad依据小信号模型计算结果，蓝色虚曲线为用Simplis直接仿真的结果。可以看出从低频段到交越频率，小信号模型有很好的准确度。高频部份由于小信号模型的误差，有比较大的误差，不过因为回路增益已远小于1，对于实际瞬时响应影响不大。图十三为用Simplis仿真在输入电压为90V情况下阶梯负载变化(负载自1A瞬变到3A)的输出电压瞬时响应图，可以看出只有很小的过冲(overshoot)以及很快的回复时间(settling time)。 * e' w8 u( u8 }9 e$ O; i) V. L. m图九、Simplis 仿真电路图 8 I" n  ]4 o5 w6 @4 B/ w: f图十、功率电路转移函数波德图 (a) 幅值, (b) 相位 图十一、补偿器电路转移函数波德图 (a) 幅值, (b) 相位 4 {) i# [4 u+ ]) {. X7 Z& M图十二、回路增益波德图 (a) 幅值, (b) 相位 ; v, B3 B. w1 G7 D4 i3 e7 u * y/ x$ R/ r* c7 f6 t' z  d+ K- q图十三、负载瞬变瞬态响应图 ( J2 i- ?- s/ C * D  j$ m. L3 f& a5 h/ O參考文獻[1] Christophe P. Basso, “Switch-Mode Power Supplies Spice Simulations and Practical Designs”, McGraw_Hill, 2008. 5 C$ r! A; T/ z[2] W. Kleebchampee and C. Bunlaksananusorn, “Modeling and Control Design of a Current-Mode Controlled Flyback Converter with Optocoupler Feedback”, IEEE PEDS 2005.   M3 `2 b! }1 a- ?' L$ m[3] Yuri Panov and Milan M. Jovanovic′, “Small-Signal Analysis and Control Design of Isolated Power Supplies with Optocoupler $ }: T6 P/ e. n- Z* k3 BFeedback”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, JULY 2005. ' M- ~9 u. P; Q& H$ }5 @* E# n[4] 王信雄, “定频返驰式转换器设计指南”, RTAD1202TC, 立锜科技设计指南, 2012. [5] John Schönberger, ”Design of a TL431-Based Controller for a Flyback Converter”, Plexim GmbH.

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