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离线式反激转换器 (off-line flyback converter) 的反馈控制 2

工作点与极零点变化 6 T# F- o1 L2 J' U0 I4 L9 r2 X1 z举一个常规的应用例子来说明：一个反激转换器，输入电压范围为90V 到360V，负载范为为0到3A，输出电压为12V。并有着下列的电路参数 : LP = 1.1mH, NP : NS = n = 7.7, CO = 1360μF, RESR = 30 mΩ, RS = 0.56Ω, fS = 65kHz, Se = 3.46 x 104 V/sec, GFB = 0.3333。(其中 Se 与GFB 必须由控制IC提供)根据反激转换器的工作原理[4]，在常规的设计里，高输入电压与轻载状态总是让转换器倾向于非连续导通模式；反之，低输入电压与重载的条件下，转换器会走向连续导通模式。其间存在着一条所谓 CCM与DCM 的边界曲线，如图四所示，在曲线上方为CCM 工作模式，曲线下方为DCM 工作模示。(3)式就是代表这条曲线的方程式。 # q0 p5 m( E+ p+ X , ~" q% [% j' m. R5 C  V. D" }图四、CCM 与DCM 边界曲线 # ^# d. z3 [7 c5 f, [ / i7 Y3 P7 k8 ~0 b7 Z9 t- ^( p5 n不同工作点的零极点变化 % d: o! K$ ~' n# m表一为范例中的直流增益以及零极点位置的计算结果。图五为输入电压与负载电流变化的波德示意图。可以看出，当低输入电压与高负载时，增益曲线较低；反之，高输入电压与轻载时，增益曲线较高。这个事实关系到如何选择工作点作为反馈设计的基准，很显然，低输入电压与重载条件做为反馈设计点是比较恰当的。也就是说在这样的条件下，如果拥有足够的相位裕量，通常也能延伸到其他工作点有着更好的相对稳定裕量。 . c* m  ?6 T5 T4 E* _+ G表一、不同工作点的直流增益与零极点位置 ' Q3 Z$ ^" F* O- v  w; _' ~ VIN (V) 8 @7 g* P4 `. M$ \, {( l+ h 90 180 6 u: J3 A9 E7 h2 |8 W& \ 270 360 90 ! U  D8 [3 {# H! Y9 l6 C3 G4 j 90 90 6 Y! R" U# Z- |/ s0 M8 } 360 * v% O3 D4 p8 V% s0 e! b6 c3 k 360 2 P7 E' B; i" d3 T% T 360 . Q9 n1 H* x. k; [) H2 k3 b* Y) \ IO (A) 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 . c% |7 n9 F0 s; M  s 2.0 # U$ h  d5 n3 T9 j 1.0 # [0 r2 x( F' \0 | 3.0 ! \( I! U! p# t1 Z" y) u 2.0 + d  S2 |1 O% a. A+ V: T 1.0 5 b6 ^1 G; D7 t8 }. K Mode 2 U/ t4 u. P1 H) Y CCM 9 u7 J- a$ w  K4 s, Q CCM CCM / @; Y8 k, G% F9 A- J& H DCM % N* s" r. g4 i0 a4 T$ \# j CCM % y- T8 e& T0 P$ [' ]6 b CCM DCM DCM : N& h& g' D6 c# y7 A0 V' h; X DCM 1 B+ w" K9 k' J( [, Q; P DCM 7 m  e' T+ g+ K$ n G0 (dB) 13.1 " B% l5 L# n9 s. L  e4 e 16.5 17.0 17.1 + V- @- O9 Y$ ~3 R 13.1 15.6 6 H- J* `, F5 R' u9 x- N9 c' Y 17.0 + p  R4 r8 ^' Q3 G" @ 17.1   e" x8 s, m% U4 P( g) {( ]0 @7 c9 N. i# L& z 18.8 21.8   `, R( U$ ?" g% ~$ C fP1 (Hz) 59.0 - h" t- ~$ D9 Q, E2 y 53.0 57.0 + x$ W3 B" J6 y 58.5 ' m" A6 W6 K  a: Z* n6 [ 59.0 5 L6 ?$ v! Q" V/ O+ o 44.0 19.5 58.5 3 p1 C  _7 X4 g# i" Y( W: L* x" S 39.0 19.5 fP2 (Hz) 8 F3 h8 m0 j5 I2 ?' q, i# z NA & W; M# ]2 c' t! p  z6 C0 G NA / O7 w% r" n  ?4 E2 [. L NA ( |" q7 Q6 o, j/ I( O 21.7k NA $ T0 h, m+ z: K$ i- {- G  l; f. y NA 25k 8 n, ~1 y0 t" G1 X! i& A 21.7k 7 g  n9 n) }3 A, ?* @. ~1 K 32.6k ' g/ n; r5 U! h/ H 65k fZ1 (Hz) ; {+ U/ f3 S9 y: h$ p 3.9k 2 {5 E# H9 X) T! Y+ n 3.9k $ T9 X3 Q) a- H1 B3 j+ y/ G, i 3.9k 3.9k & u  k# i7 j/ K; V  J9 y, ` 3.9k 1 X& T" y7 ]; g2 ~6 n; G0 @, ` 3.9k 3.9k & `& i6 W1 B4 P. V 3.9k ' I: J! h! w$ Z' j' o 3.9k 3.9k fZ2 (Hz) 16.5k # G! f( \: ]5 A( H# G 44.2k ' G7 K2 t* a, N% p3 a8 Z 75k 2 f0 m, ]; Z( Q: i6 v 106k 6 [8 c: Z. L0 F. v3 T" R$ H9 G; P. e 16.5k 24.7k 49.5k $ t) A  U2 K+ X 106k % m" p; A7 L4 c" N% N 160k 2 G2 B1 M* {6 V$ K 319k 2 V/ l) z  m+ h) G ; V, ]! d6 X+ w% |( d# w" B 图五、改变工作点的增益曲线变化 / a3 N: x  x) ` 1 R8 t7 F0 b4 Y& q; x" ?9 s3 d三、反馈补偿电路设计从前面的分析得知，不同的操作点有着不同的零极点位置以及不同的低频直流增益，所以存在着许多设计补偿电路的方法。基本上一个Type II 的补偿器 (一个零频率的极点，随着一个低频零点以及一个极点) 最适合做此类的补偿。如果用一个低频零点来补偿功律电路的低频极点，同时利用高频极点来补偿ESR零点，这样将容易获得较好的相位裕量。利用补偿器的中频段增益来设定适当的交越频率，系统将有相当好的稳定度。 一种简单实用的方法便是先设定好一个“目标回路增益”(target loop gain)为： ( {# b5 ?6 x8 [( a' Q+ Z2 n( _' L 这样的回路增益在波德图上就是一条 -20dB/dec 斜率的直线，如图六，在低频直流部分有着极高(相当于补偿器的开路增益)的增益，所以整个电路的直流稳态电压调整率理论值可为零。同时，其交越频率fC为 ' S. ^; ]6 E+ ?, r. s 因为斜率近似 -20dB/dec，所以在交越频率有着近90° 的相位裕量。对一个离线的反激转换器而言，交越频率设计在低压输入满载时工作点为800Hz到3kHz为最恰当 (以65kHz 开关频率而言)。 7 W; E) R9 W( R  V0 e图六、功率电路转移函数曲线(红色)与目标回路增益(蓝色) : q( q$ i0 m8 v3 I! B: k设计步骤 有了以上的了解与认知后，很自然的一般补偿器设计的方法就可以应用了，现将这些步骤整理如下: 1.选择低压输入与满载做为补偿电路设计基准的功率电路。如前所述，采用这个工作点设计的补偿器可以延伸涵盖到其他工作点，并且有更好的相位裕量。 8 \) Z2 k  u1 x* b1 e2.设定交越频率 fC，其回路增益波德图为 -20dB/dec 斜率。越高的交越频率，虽然代表着更快的瞬时响应，但是别忘了反激转换器固有的右半平面零点问题，这个零点无法用传统的极点补偿，所以交越频率必须远低于这个零点位置。实务上，离线反激转换器的交越频率多半设计在3kHz以下。 3.定义一个两极点、一零点的补偿电路，并设定补偿电路的零点为功率电路的低频极点；设定补偿电路的高频极点为功率电路的ESR零点。利用一组Type II 的补偿电路，恰可以结合功率电路的转移函数，成为目标回路增益。 ) }' l$ o4 |8 B  }4.根据功率电路在fC 的增益，算出补偿器的中频增益。 5.同时，相位裕量可以先预估。 6.补偿电路的转换函数可以确定了： 也就是说 (6) 式的 A、ωcp1 與 ωcz1 都可以计算出来了。 $ b5 B' M) G6 D$ d5 C. D  F, V3 J补偿电路的实现 * q# m8 _* ], T9 Y0 h: V; F1.选用最广泛使用的TL431与光耦合器架构，如图七。实现Type II 补偿器的电路结构有许多种，不在此讨论，仅提供最常用结合TL431与光耦的常规Type II电路计算与说明。 ' N. G# n8 A+ v3 o  j' l " E- l& H9 d* u% A, v0 c, t2 ]图七、实现反馈补偿的电路结构

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helendcany

很棒的资料 谢谢分享