【技术】开关电源增益稳定性分析
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随着电子，自控，航天，通讯，医疗器械等技术不断向深度和广度的发展，势必要求为期供电的电源要有更高的稳定性，即不仅要有好的线性调节率、负载调节率还要有快速的动态负载响应。而这些因素都和控制环路有关，控制环路一般工作在负载状态，称之为电压负反馈。如果变换器中没有用到反馈控制环路（图1中H部分），其传递函数一般为C/R=G，其中G为输入滤波，功率变换、整流滤波部分等因数的乘积（其为级联的形式，所以本文中以总乘积因子G来表示），可以看出输出随输入的变化而成线性的变化，但是由于整流、滤波网络在整个时域的非线性，实际上这种变化应该是近似于线性，所以当输入电源改变的时候并不能很好的气到稳压的作用。如果反馈环路设计的不好，对应负载的瞬态改变，环路就不能做出及时恰当的调整，那么输出电源瞬间会偏高或者偏低，甚至有可能会造成电源系统的振荡，对下一级构成损坏。此时若能够对环路测量就显得很重要了。那么环路部分有是怎么影响整个回路的呢？ 参考DELTA公司AC-DC系列产品，下图表示的反馈环路控制部分中的运放的环增益模型，其传递函数为C/R=G/(1 GH)，其中G：开环增益。H：反馈系数。GH：环增益（可以通过图1推导） 一、环增益稳定的标准 由传递函数C/R=G/(1 GH)，放大器的开环增益G是频率的函数，会随着频率的增加而减小，同时也和放大器的相位有关，当GH=-1,则其传递的值为∞，即增益是无穷大的，可以认为任意小的输入扰动都能引起输出的无穷大，如果这种输出无穷大的信号在反馈到功率变换环节，势必会造成最后输出的振荡，整个系统因而不在稳压。所以说可以通过分析GH的增益和相位来判断系统的稳定性。 又因为当GH=-1时是振荡的，所以有相移∠GH是180°（因为负反馈本身就有180°的相移），回路增益|GH|=1（0dB）.所以要使运放稳定需要满足以下条件： 1. 相位条件就是要其相移小于180°，即要有45°以上的余量，增益条件一般要求有-12dB以上余量。 2. 穿越频率按20dB/Dec闭合。相关解释下文介绍。 二、Bode图基础 我们可以通过环增益GH的频率特性来判断系统的稳定性，而回路增益|GH|以及回路相位差∠GH的频率特性可以用Bode图（图2）来表示，并且系统的稳定性可以通过Bode图中的相位余量（Phase margin），增益余量（gain margin），穿越频率（crossover frequency）来衡量。其中 相位余量（Phase margin）是指：增益降到0dB时所对应的相位，以度（deg）为单位表示（图2）。 增益余量（gain margin）是指：相位为0时所对应的增益大小，以分贝（dB）为单位来表示（图2）。 穿越频率（crossover frequency）是指：增益曲线穿越0dB时的频率点（图2）。 |
