第六章--開關(guān)電源反饋設(shè)計(jì)

1、1第六章第六章開關(guān)電源反饋設(shè)計(jì)開關(guān)電源反饋設(shè)計(jì)除了磁元件設(shè)計(jì)以外，反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(cè)量和計(jì)算技術(shù)等相關(guān)問題。開關(guān)電源環(huán)路設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要在輸入電壓和負(fù)載變動(dòng)范圍內(nèi)，達(dá)到要求的輸出（電壓或電流）精度，同時(shí)在任何情況下應(yīng)穩(wěn)定工作。當(dāng)負(fù)載或輸入電壓突變時(shí)，快速響應(yīng)和較小的過沖。同時(shí)能夠抑制低頻脈動(dòng)分量和開關(guān)紋波等等。為了較好地了解反饋設(shè)計(jì)方法，首先復(fù)習(xí)模擬電路中頻率特性、負(fù)反饋

2、和運(yùn)算放大器基本知識(shí)，然后以正激變換器為例，討論反饋補(bǔ)償設(shè)計(jì)基本方法。并介紹如何通過使用惠普網(wǎng)絡(luò)分析儀HP3562A測(cè)試開環(huán)響應(yīng)，再根據(jù)測(cè)試特性設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。最后對(duì)仿真作相應(yīng)介紹。6.1頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)在電子電路中，不可避免存在電抗（電感和電容）元件，對(duì)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(hào)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(duì)不同頻率正弦信號(hào)的輸出與輸入關(guān)系稱為頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)。6.1

3、.1頻率響應(yīng)基本概念頻率響應(yīng)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(yīng)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(yīng)；而∠(f)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的?相位差與頻率的關(guān)系，稱為相頻響應(yīng)。稱為相頻響應(yīng)。典型的對(duì)數(shù)幅頻響應(yīng)如圖6.1所示，圖6.1(a)為幅頻特性，它是畫在以對(duì)數(shù)頻率f為橫坐標(biāo)的單對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，縱軸增益用20logG(f)

4、表示。圖6.1(b)為相頻特性，同樣以對(duì)數(shù)頻率f為橫坐標(biāo)的單對(duì)數(shù)坐標(biāo)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(gè)增益基本不變的頻率區(qū)間，而當(dāng)頻率高于某一頻率或低于某一頻率，增益都會(huì)下降。當(dāng)高頻增高時(shí)，當(dāng)達(dá)到增益比恒定部分低3dB時(shí)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(shí)，當(dāng)達(dá)到增益比恒定部分低3dB時(shí)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(gè)區(qū)域內(nèi)增益基本不變。同時(shí)定義（61）LHffBW??為系統(tǒng)的帶寬。6.1.2基本電路的頻率響應(yīng)基本電路的頻率響應(yīng)1.高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)在高頻區(qū)，影響系統(tǒng)（電路）的高頻響應(yīng)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(shí)相位隨之滯后。利用復(fù)變量s得到（62）RsCsCRsCsUsUsGio?????1111)()()(對(duì)于實(shí)際頻率，s=jω＝j(luò)2π

6、f，并令（63）RCfHπ21?(dB)20log(G)6040BW20fLfH0100101102103104105f(a)?900100101102103104105f90(b)圖6.1波特圖3因?yàn)閁o=Uc，可以得到（67）??dtURCUio1這是一個(gè)積分電路。可見，相同的電路對(duì)不同的研究目的表現(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(gè)電路在低頻區(qū)的特性。利用復(fù)變量s，由圖6.4（a）可以得到sRCsCRRs

7、UsUsGioL1111)()()(?????按照實(shí)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(yīng)相似直線近似的方法，可以畫出低頻響應(yīng)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(shí)增益為0（－∞dB）。下限轉(zhuǎn)折頻率也與電路時(shí)間常數(shù)RC(LR)有關(guān)如果圖6.4(a)與(b)時(shí)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(duì)低頻信號(hào)衰減；而高頻信號(hào)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(duì)于圖6.4(a)電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于我們研究的時(shí)間間隔時(shí)，輸出獲得輸入信號(hào)的變化部分，則（6

9、12）tURCtURCRiUicodddd???電路表現(xiàn)為一個(gè)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(gè)LC網(wǎng)絡(luò)，并有負(fù)載電阻與輸出電容并聯(lián)，且負(fù)載電阻可以從某定值（滿載）變化到無(wú)窮大（空載）。對(duì)于圖6電路我們同樣可以用復(fù)變量得到LLLisLCLssCRsLsCRsUsUsG??????211)1()1()()()(按照實(shí)際頻率，并令?js?CRUiRUoUiLUo(a)(b)圖6.4低