控制电路设计
一、电流环的设计
电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值,使它处于稳定状态,根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下:
其中Vcv为电压环的输出电压(即系统的参考电压),Vs为锯齿波的幅值,IL为电感上的电流,K1为采样的放大倍数。设置PI为单零点—单极点补偿网络。如下图所示:
因为系统的开关频率为100KHZ,为了避免开关频率对控制环路的影响,穿越频率fci必须远远小于开关频率,当然为了对系统动态响应的速度,我们希望fci越大越好,在一般的开关电源中,fci都小于开关频率的1/10,此处我们设置为开关频率的1/10,即10KHZ。补偿网络的传递函数为: , 由系统框图可以得系统的开环传递函数为:, 式中:Vs=5V;L=15uH; K1=1/100; S=jw;代入上式,当fci=10KHz时,=1,令补偿零点角频率在fci/2处,即=5KHz,经计算得=,=,所以=74,令=1K,得=74K,=2.7 nf, 代入得开环传递函数为:,经MATLAB画出BODE图如下:
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从上图可以看出,在(1/2)fci频率处,开环传递函数的斜率由-40dB变成-20dB新浪教育高考,可以达到较快的动态响应,由于传递函数以-20dB的斜率穿越0dB线,也可以获得足够的相位裕量(64度)。同时由于从小腿皮肤痒0Hz~(1/2)fci芥菜酸菜之间,开环传递函数以-40dB斜率衰减,可以获得很高的静态增益,从而使得静态误差非常的小。根据乃奎斯特环路稳定性判据,系统是稳定的,设计也合理。
二、电压环的设计
在电压环的设计中,电流环可视为控制对象的一个环节,因此先得求取电流控制环的闭环传递函数,由前面的电流控制环的开环传递函数得闭环传递函数为:,同理MATLAB得其BODE图如下:
根据该闭环传递函数的BODE图,为了便于分析我们用传递函数近邻代替它来处理,的BODE图如下所示:
再根据整个电路,可以得电压环控制系统的构图如下 :
开心部落框图中Vref为系统给定电压(2.5V),CA电流环控制单元,K2为输出电压采样放大倍数,Vo为输出电压,1/SC为输出阻抗。PI调节器采用与电流环结构一样的单极点—单零点补偿网络,如下图所示:
由于在fci以下,电流环增益为1,相位为0,在电压环的设计中,电流环为单位1,为了使整个系统得到较高的中频带宽,设电压环的穿越频率fcv=1KHz,电压环PI补偿零点角频率=(1/2)fcv,设计方法与电流环的设计一样:
在f<fci下,系统的传递函数为:, 其中K2=2.5/12=1/4.8,C=4700uf, S=jw,当fcv=1KHz时,1,代入计算得=1/500,=,所以=20,取=1K,=20K,=0.1uf,将计算结果代入,得BODE图如下:北京航天工程大学
由此得出的结果与电流环控制环类似,系统是稳定的。
当f>fci时,把整个电流环加入系统中,得整个电压环的开环传递函数为:
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,得到BODE图如下:
由整个BODE图可知,系统在0—500Hz时以-40dB斜率下降,具有较高的静态增益,从而使得静态误差非常的小,在(1/2)fcv(500Hz)频率处,开环传递函数的斜率由-40dB变成-20d
B,并以-20dB的斜率穿越0dB线,可以获得足够的相位裕量58度。当f>fci时,开环传递函数的以公元前208年-40dB斜率下降,从而系统有较大的抗干扰能力。