电源技术基础 (4) - 电源的控制理论

大家好，这里是电源技术基础 第四部分的讲座 控制理论的介绍 那么谈到控制理论 我们就要谈到控制目标 控制的目标就是使我们的输出 能够稳定精准地去 follow 我们输入参考的一个变化 那从框图上来讲 我们对应了前面谈到的 Buck 变换 那 Input 就是我们的 Vin Controller 实际上就是我们谈到的 可调节的占空比变换 那么 Plant 就是我们的执行机构 实际上就是我们的 Buck 变换的主回路 那 Output 就是我们的 Vout 输出 那 Sensor 在这里 实际上是我们的 Feedback 就是我们的电压反馈 那在整个过程当中 输入到输出 通过反馈形成输入输出的差 叫误差调节 那能够使 Vout 去 follow 我们输入的这种变化 那我们就要把这种叫做反馈控制 那么当我们施加了正确的反馈控制 能够做到有效地消除和减少系统静态误差 能够降低系统参数变化的敏感度 那同时能够在我们设定的区域内 得到我们想要的系统的增益和相移 同时能够有效地 使我们不稳定系统变得更稳定 那同时能够降低负载扰动 或者因为噪声干扰整个系统的性能 那另外最后就是它能够 线性化我们的一些非线性系统 那实际上我们开关电源 就是一个强非线性系统 那我们通过这种控制 把它变成了一个线性系统 那谈到控制有几种拓扑架构 第一种叫滞环控制 还有就是电压反馈控制和电流反馈控制 那滞环控制、电压反馈控制 和电流反馈控制 不同的特点是什么 从是否固定频率和瞬态响应能力 和设计的复杂性角度 我们可以做个对比 那滞环控制是非固定频率下的这种控制 它就像 Bang-Bang 的开关控制一样 它的瞬态相应能力是最好 但是它设计的复杂性也是最简单的 那电压反馈控制是固定在 相对固定的频率范围内的 瞬态响应能力比滞环控制要好 但是它在整个设计的复杂性角度来讲 是最复杂的 那还有就是电流反馈控制 它也是在固定频率下进行设计 它的瞬态的响应能力是最好的 但是它的这个设计复杂程度 是趋于滞环控制和电压反馈控制之间的 那这是三种控制回路 三种控制方式的一种对比 那三种控制方式具体的一个介绍 那这是滞环控制 滞环控制最大的一个优势 它能够简化系统的控制 它实际上就是 Bang-Bang 通过开、关、开、关的方式来进行控制 它整个实际上是没有环路补偿的 但是它有最快的 对负载变化的一个瞬态响应能力 但是它的缺点就是 它是一个变换频率 那这个对一个稳定的输出 尤其需要设计滤波电路的时候 是非常难以设计的 所以它同时因为反馈 需要对输出纹波有一定的要求 那另外的缺点就是 它对反馈回路上的噪声非常敏感 那另外就是整个电路的延迟 会限制整个控制回路的一个频率范围 这是它的一个非常大的缺点 那另外就是关于电压控制 电压控制的话它的优点是 它是单回路控制 有很好的噪声的免疫的裕量 有好的噪声的 margin 就是裕量 另外就是它有一个非常低的阻抗的输出 简单的电压的一个比较 就可以实现这种电压反馈的控制 那么缺点就是它是一个双极点的稳定 那实际上是在波特图和 Z 平面的角度 从控制里头的角度来讲 它一个双极点的补偿 另外就是它的电感影响到补偿回路的性能 另外就是它的输入电压的范围和宽度 也会影响到整个控制回路的增益 另外最后一个就是说到电流模式 那电流模式的波形和简单的框图 那它的优缺点是什么呢 它的优点是非常快的瞬态响应能力 对输出电流的变化 我们在一些像 PFC 设计中 一定都是平均电压反馈 再加上电流前馈的方式 来实现这种控制方式 另外就是它的电感 不影响到整个反馈的性能 另外就是它是单极点的补偿回路 另外就是它有内置的 天生就带来的电流限制的能力 这是它非常好的 另外就是它有一个并联的负载分享的能力 但它缺点就是噪声的免疫性 尤其对输出纹波的这种冲击 这个免疫性相对比较差 另外就是通常来讲在我们设计中 如果有电流环的话 通常也需要电源环 就是说它通常需要两个环路的设计 那另外就是它需要 slope compensation 就是斜坡补偿 另外就是电流的限制 会有一定的拖尾的这种现象 那这里简单地把控制理论做了简单的介绍 从滞环控制、电压反馈控制、电流反馈控制 给大家讲了它的优缺点 这是大家对它有一个初步的了解 也谢谢大家的观看