第六章--開關(guān)電源反饋設計

1、1第六章第六章開關(guān)電源反饋設計開關(guān)電源反饋設計除了磁元件設計以外，反饋網(wǎng)絡設計也是開關(guān)電源了解最少、且非常麻煩的工作。它涉及到模擬電子技術(shù)、控制理論、測量和計算技術(shù)等相關(guān)問題。開關(guān)電源環(huán)路設計的目標是要在輸入電壓和負載變動范圍內(nèi)，達到要求的輸出（電壓或電流）精度，同時在任何情況下應穩(wěn)定工作。當負載或輸入電壓突變時，快速響應和較小的過沖。同時能夠抑制低頻脈動分量和開關(guān)紋波等等。為了較好地了解反饋設計方法，首先復習模擬電路中頻率特性、負反饋

2、和運算放大器基本知識，然后以正激變換器為例，討論反饋補償設計基本方法。并介紹如何通過使用惠普網(wǎng)絡分析儀HP3562A測試開環(huán)響應，再根據(jù)測試特性設計校正網(wǎng)絡和驗證設計結(jié)果。最后對仿真作相應介紹。6.1頻率響應頻率響應在電子電路中，不可避免存在電抗（電感和電容）元件，對于不同的頻率，它們的阻抗隨著頻率變化而變化。經(jīng)過它們的電信號不僅發(fā)生幅值的變化，而且還發(fā)生相位改變。我們把電路對不同頻率正弦信號的輸出與輸入關(guān)系稱為頻率響應頻率響應。6.1

3、.1頻率響應基本概念頻率響應基本概念電路的輸出與輸入比稱為傳遞函數(shù)或增益?zhèn)鬟f函數(shù)或增益。傳遞函數(shù)與頻率的關(guān)系－即頻率響應可以用下式表示)()(ffGG????其中G(f)表示為傳遞函數(shù)的模（幅值）與頻率的關(guān)系，稱為幅頻響應；而∠(f)表示輸出信號與輸入信號的?相位差與頻率的關(guān)系，稱為相頻響應。稱為相頻響應。典型的對數(shù)幅頻響應如圖6.1所示，圖6.1(a)為幅頻特性，它是畫在以對數(shù)頻率f為橫坐標的單對數(shù)坐標上，縱軸增益用20logG(f)

4、表示。圖6.1(b)為相頻特性，同樣以對數(shù)頻率f為橫坐標的單對數(shù)坐標上，縱軸表示相角。兩者一起稱為波特圖波特圖。?在幅頻特性上，有一個增益基本不變的頻率區(qū)間，而當頻率高于某一頻率或低于某一頻率，增益都會下降。當高頻增高時，當達到增益比恒定部分低3dB時的頻率我們稱為上限頻率，或上限截止頻率fH，大于截止頻率的區(qū)域稱為高頻區(qū)；在低頻降低時，當達到增益比恒定部分低3dB時的頻率我們稱為下限頻率，或下限截止頻率fL，低于下限截止頻率的區(qū)域稱為

5、低頻區(qū)；在高頻截止頻率與低頻截止頻率之間稱為中頻區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)增益基本不變。同時定義（61）LHffBW??為系統(tǒng)的帶寬。6.1.2基本電路的頻率響應基本電路的頻率響應1.高頻響應高頻響應在高頻區(qū)，影響系統(tǒng)（電路）的高頻響應的電路如圖6.2所示。以圖6.2a為例，輸出電壓與輸入電壓之比隨頻率增高而下降，同時相位隨之滯后。利用復變量s得到（62）RsCsCRsCsUsUsGio?????1111)()()(對于實際頻率，s=jω＝j2π

6、f，并令（63）RCfHπ21?(dB)20log(G)6040BW20fLfH0100101102103104105f(a)?900100101102103104105f90(b)圖6.1波特圖3因為Uo=Uc，可以得到（67）??dtURCUio1這是一個積分電路?？梢姡嗤碾娐穼Σ煌难芯磕康谋憩F(xiàn)出不同的功能。2.低頻特性低頻特性我們來研究圖6.4所示兩個電路在低頻區(qū)的特性。利用復變量s，由圖6.4（a）可以得到sRCsCRRs

7、UsUsGioL1111)()()(?????按照實際頻率，，并令?js?（68）RCfLπ21?得到（69）)(11ffjUUGLioL??????因此電路低頻區(qū)的增益（模）和相角分別為（610a）2)(11)(fffGLL??(610b)2)(11log20)dB(ffGLL??（1611）)arctan(ffL??采用與高頻響應相似直線近似的方法，可以畫出低頻響應的波特圖，如圖6.5所示。圖中fL為下限頻率，即低頻轉(zhuǎn)折頻率。在轉(zhuǎn)折

8、頻率以下，電路增益隨頻率下降而下降，特性斜率為20dBdec。相位隨頻率降低超前輸入相位。最大超前90這時增益為0（－∞dB）。下限轉(zhuǎn)折頻率也與電路時間常數(shù)RC(LR)有關(guān)如果圖6.4(a)與(b)時間常數(shù)相同，則它們的波特圖也完全相同。從圖6.5還可以看到，電路對低頻信號衰減；而高頻信號由于容抗減少而順利通過。因此這種電路也稱為高通濾波器。對于圖6.4(a)電路的時間常數(shù)遠遠小于我們研究的時間間隔時，輸出獲得輸入信號的變化部分，則（6

9、12）tURCtURCRiUicodddd???電路表現(xiàn)為一個微分電路。3.LC濾波電路特性濾波電路特性在開關(guān)電源中，正激類的輸出濾波器（圖6.6）是一個LC網(wǎng)絡，并有負載電阻與輸出電容并聯(lián)，且負載電阻可以從某定值（滿載）變化到無窮大（空載）。對于圖6電路我們同樣可以用復變量得到LLLisLCLssCRsLsCRsUsUsG??????211)1()1()()()(按照實際頻率，并令?js?CRUiRUoUiLUo(a)(b)圖6.4低