AC开关电源输入工频纹波抑制和环路带宽关系

百科   2025-01-20 12:14   广东  

调试电源时,如输出的工频纹波大,如驱动大小波,如何优化设计,至少知道该那个参数才能修正,这块就需要我们思考,究竟其原理是什么?

这块与环路设计强相关,环路设计是电源设计关键环节,我们教科书上利用磁件的伏秒平衡能量守恒或者电容安秒平衡,导到的直流传递函数函数,均是直流量,没有频率的因子,实际输入输出为直流加扰动的小信号分析,环路设计令很多同学望而却步,因为需要很多基础知识,如拉氏变换,传递函数,对数坐标波特图,自动控制原理稳定性等。需要慢慢消化吧。

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回到我们题目 问题:开关电源输入纹波抑制和环路带宽的关系是什么?

是不是我的带宽越大,输入纹波噪声抑制越明显?答案是的,为什么呢?

1、环路设计目的:我们设计电源,希望其在输入电压和负载,温度变化时能够自动修正,处于输出电压或者电流闭环稳定状态,不至于风春草动就振荡无法工作了,至少抵御外界干扰是收敛稳定的;


稳准狠

另外希望带宽大,动作灵敏,有负载变化,立马做出反应,而不是很木;这就是快速;

还有一个是希望准确,从输出电压看,经过多个闭环过程调整,能够使得电压稳压精度达到基准电压,在基准电压基础上有个小的纹波;这里的纹波一个是LCR冲放电导致,这就是我们常说的闭环控制评价三要素:稳准狠

狠快,当让不是说有的都需要快,但是准和稳是必须要的,准是更高的直流增益,稳是相位大于30至少,增益至少有-10db以上衰减;狠快实际是有很高的带宽,而我们一般补偿后希望闭环GH有-1斜率低通滤波器的效果,所以带宽大和低频增益大是一个意思,所以还是希望狠准,狠稳;就是这么个意思;

2、输入的工频纹波,我们如何抑制工频纹波呢?

如PFC高压400V,有+/-10V波动,我如何设计LLC环路使得纹波得到有效的抑制呢?

那就要看闭环输入对输出的传递函数。

如图,我们研究环路,省去变压器变比,认为1:1的buck拓扑去看这个事情,相当于VO/Vin传递函数

buck 闭环

我们知道Vo/vin=D,这是直流表达,假如有小的vin波动,那就是频率的函数

开环Gs=D*1/LC/(S^2+1/RC+1/LC),双重极点构成的低通滤波器

假如我反馈为1:1的反馈,也就是说VO=VC,D=VC/VRAMP

其Ga*GS=Vramp/vin*D*1/LC/(S^2+1/RC+1/LC)HS=1

所以闭环传递函数为vo/vin=1/(1+Ga*GS),由于GaGa>>1,所以VO衰减到了1/(Ga*Gs)

如PFC母线电压,400V,+/-10V输入纹波,锯齿波为4V。没有补偿网络时,其经过前向D衰减和反馈占空比VC/vramp衰减,假如D=0.2,输出是80V,这是纹波衰减为1/5,也就是说经过第一次衰减为+/-2V,然后再经过一个闭环衰减4/400=1/100;+/-0.02V,也就是20mv,好像还行。纹波经过了500倍衰减;

而一般我们HS不可能是1的,我们会设计更大的低频积分Fp0,如我们补偿之后的穿越频率为Fcross,假如为10K,我们知道整个补偿后的GH低频增益会更大Fcross/100HZ=10倍

HS助力了10倍的衰减,由此可以看到穿越点越高,也就是低频增益越大,也就是我们的积分的RC越小,越远离原点,越获得的增益越大,对于纹波的抑制越明显

经过这次衰减后,纹波书案件5000倍,也就是2mv了;

3、所以我们希望工频干扰越小越好,怎么做呢?

一个是选择比较三角波小的控制器,一个是将积分环节右移使得补偿低频增益大,都可以抑制输入纹波向输出的传递;

很多同学可能听的云里雾里的,这块需要有环路基本知识,你只需要记住,

将积分环节的增益搞大,也就是fp0远离原点设计,就好用就好了,后续可以结合实际体会。

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