時間:2010-04-22 17:34:35來源:yangliu
摘 要:本文從小信號的角度來看通過對反饋環(huán)路注入一擾動信號對整個產品造成的影響,來衡量產品的穩(wěn)定性,再利用環(huán)路分析儀檢測環(huán)路做定量的分析,其結果以便于日后工作的改進,從而提高產品的可靠性。
關鍵詞:反饋環(huán)路、帶寬、相位裕量、增益裕量、穩(wěn)定性
abstract: THIS article describes the affection to the whole product, which is because of injecting a perturbation signal into feedback loop,to evaluate the stability,then by the use the frequency response analyzer equepiment gets an accurate result,and the result is used for improvement ,as well as improve the products‘ reliablity.
keywords: feedback loop bandwidth phase margin gain margin stablity
隨著電子,自控,航天,通訊,醫(yī)療器械等技術不斷向深度和廣度的發(fā)展,勢必要求為其供電的電源要有更高的穩(wěn)定性,即不僅要有好的線性調節(jié)率、負載調節(jié)率還要有快速的動態(tài)負載響應。而這些因素都和控制環(huán)路有關,控制環(huán)路一般工作在負反饋狀態(tài),稱之為電壓負反饋。如果變換器中沒有用到反饋控制環(huán)路(即下圖1中H部分),其傳遞函數一般為 其中G為輸入濾波、功率變換、整流濾波部分等因數的乘積(因為其為級聯(lián)的形式,所以本文中以總的乘積因子G來表示),可以看出輸出隨著輸入的變化而成線性的變化,但是由于整流、濾波網絡在整個時域的非線性,實際上這種變化應該是近似于線性,所以當輸入電壓改變的時候并不能很好的起到穩(wěn)壓的作用;如果反饋環(huán)路設計的不好,對于負載的瞬態(tài)改變,環(huán)路不能做出及時恰當的調整,那么輸出電壓瞬間會偏高或者偏低,甚至有可能造成電源系統(tǒng)的振蕩,對下一級構成損壞。此時能夠對環(huán)路測量就顯得很重要了,那么環(huán)路部分又是怎樣影響整個回路的呢?參考金升陽公司寬壓或者AC-DC系列產品,此時下圖表示的是反饋環(huán)路控制部分中的運放的環(huán)增益模型,其傳遞函數為
其中G:開環(huán)增益,H:反饋系數,GH:環(huán)增益(可以通過圖1中推導看出)
在這一例子中,從上圖可以看出其增益裕量是-39.3dB,相位裕量是87.8deg,帶寬是315.5Hz,并且在0dB 以上增益是按-20dB/decade衰減,對照上面的標準初步判斷系統(tǒng)是穩(wěn)定的,但是87.8deg的相位裕量其動態(tài)響應是欠阻尼的,其實可以通過對誤差放大器補償網絡在稍低的頻率下滑落(roll off)來實現(xiàn)。在保證相位裕量的前提下,在0dB 以下增益是按-40dB/decade衰減,從而更有利于抑制高頻干擾,使其達到最佳響應;
0dB交點對應的頻率為315.5Hz,從理論的角度上來說,對于300KHz的開關頻率,實測的帶寬可能導致控制環(huán)的響應有些慢,不利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。更高的帶寬,可以使更小的輸出濾波電容便可以產生較小的紋波電壓,這樣也可以減少原材料的使用和模塊電源的體積,從而使模塊電源變得更節(jié)能??紤]到非常保守的增益和相位裕量,當然也可以對誤差放大器的補償環(huán)節(jié)進行一些小的改動,合理的提升帶寬,使系統(tǒng)達到更快的響應,提高穩(wěn)定性。
五、總結:
本文從反饋環(huán)路注入擾動信號的角度來反映開關電源穩(wěn)定性,給出穩(wěn)定性的標準,Bode圖的認識,F(xiàn)RA的使用包括擾動信號的注入、環(huán)路特性的測量,以及實驗結果的簡單分析,最后提出需要更改的地方。當然系統(tǒng)的穩(wěn)定性也可以由時域的方式來做定性的分析,但是通過頻率響應分析儀卻可以在頻率域上定量的求出,從而對系統(tǒng)的性能做出更直觀的判斷。
參考文獻:
[1]:《運算放大器的穩(wěn)定性》Tim Green 德州儀器公司.
[2]:《測量開關電源閉環(huán)反饋響應》Ken Salz Clarke-Hess通信研究公司.
[3]:《Frequency response analyzer》instruction NF Corporation.
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