如何模拟我们的降压转换器控制回路?

作者:电工吧 日期:2022-06-06 19:44:43 人气: 栏目:

工程师选择关键功率元件后必须计算补偿值;这通常是通过非直观的数据表方程完成的,因此您可能不确定这些值是否正确。要确定,您需要在实验室中构建并测量其稳定性。

电压模式和 CM 降压转换器的不同之处在于其内部电路有些复杂。为了建模,有两个简单的模块:误差放大器和功率级增益。误差放大器查看输出电压,将其与内部参考电压进行比较,并生成误差信号。功率级增益模块是用于 VM 转换器的简单电压增益 (V/V),或用于 CM 转换器的跨导增益 (A/V)。

电压模式转换器的稳定比 CM 转换器更复杂,需要提供两个零点和两个极点的三类误差放大器补偿电路。VM LC 输出滤波器以 –2 斜率滚降,输出电容器等效串联 (ESR) 可能为零。尽管选择这些补偿值很复杂,但它们很容易添加到 VM 模型中。

如何模拟我们的降压转换器控制回路?

R1(图左侧)代表输出分压器中的顶部电阻。1-Vac 信号是用于测量环路增益的注入扰动。它在电压反馈点注入并传播到功率级滤波器输出,它代表系统的环路增益。对误差放大器的正输入进行反馈连接,以消除它引入的 180 度相移。现在电源的相位裕度可在 V_loop 处直接读取。如果您将运算放大器 (op amp) 反馈到实际电路中的负输入,则相位裕度将是 V_loop 和 –180 度之间的差异。任何一种方法都是可以接受的。

直流增益和运算放大器带宽参数必须在误差放大器模块内确定。大多数控制器数据表都指定了这两个参数。此模型中的运算放大器直流增益为 90 dB(或 31.6K)。运算放大器的带宽 (BW) 在控制器的数据表中指定为 10 MHz。需要一个 RC 滤波器来添加一个低频极点,以在 10 MHz 时将增益降低到 0 dB。该极点频率可以通过将 BW 频率除以直流增益来确定,即 10 MHz / 31.6K = 316 Hz。知道了运放的输出电容,就可以计算出设置这个低频极点所需的电阻值。

上图中的功率级模块增益特定于每个控制器。如果 VM 控制器具有电压前馈,则增益是固定的。如果数据表中未指定增益,请查看电压斜坡的峰峰值幅度。增益是输入电压除以斜坡幅度。确保在仿真中使用最高输入电压来实现此增益,这通常是最难稳定的。


预测的相位裕度和测量的相位裕度之间确实存在一些误差。有几个因素可能会导致这些误差,例如内部斜率补偿、传播相位延迟和简单的值差异。

斜率补偿将电压斜坡添加到电流信号中以消除次谐波振荡。根据添加的数量,它可以开始将控制回路从电流模式转换为电压模式。电流信号中加入的电压斜坡越多,输出滤波器的极点斜率就越开始从 -1 变为 -2 斜率,这会降低相位。

传播相位延迟与转换器实际从命令切换所需的时间有关。平均延迟时间约为开关周期的 1/2。为了对此建模,可以将延迟线(或传输线)SPICE 组件添加到输出中。它可能需要一个 50 欧姆的终端电阻。它将在开关频率的 1/2 处引入 90 度相位滞后。对于低带宽转换器,将其添加到模型中的效果会很小。然而,当 BW 接近开关频率的 1/2 时,相位将开始显着下降,并将更接近实际的相位响应。如果模型中没有这个,预计相位响应测量误差会在开关频率的 1/10 以上开始增加。

目标是创建一个具有合理准确性的简单模型,我相信该模型在大多数情况下都能实现。将初始 BW 设置为较低 (10KHz) 以进行计算时最准确。始终建议进行实验室测试以验证性能。




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