电源设计中的环路控制学习之路 - 深圳市楚英豪科技有限公司

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电源设计中的环路把持学习之路

电源设计中的环路把持学习之路

(原贴起源世纪电源网http://bbs.21dianyuan.com/thread-148232-1-1.html)

1)工程利用级:

(这也只是我目前勉强达到的层次)利用已有的软硬资源领导和赞助设计过程,达到一个好的Performance即可.

软资源,比如先辈们推导出的常用拓扑现成的POWER STAGE传递函数,及各种误差网络校订模型,应用Matlab,MathCAD等数学软件赞助仿真;

硬资源,比如FRA频率相应分析仪可以直接先测定Power stage+pwm+Pout fliter+Psample的BODT PLOT,

再根据自身实际带宽和性能需求断定闭环BODE PLOT

做减法,去选择合适的EA-Network,然后断定其周边参数,进行校验,再优化,trial & error的方法。

 

2)理论建模级:

拥有超凡把持意识,全方位的理论知识去拟合并实现各种拓扑的small signal controlling模型。是我所膜拜的。

 

限于自身程度,所以我在这里只是挖坑埋自己,为自己写墓志铭,不必定入得了大侠大师的法眼,还望担待海涵。 

 

 

环路学习之一:“萝卜根”

初次接触到环路把持,那是很久很久以前了,呵呵,其实也没多久,那时候我们所有的评估项目中有一个可选项目,因为很难做(需要割开trace然后串进一颗小电阻,然后根据不知所以然的作业领导书去测试,测到的图形就连team leader也不知如何断定)所以大家都没有主动去做的,我作为一个小虾米,当然也是敬而远之了,当时我们亲切的称这个测试项目做“萝卜根”,后来很长时间也都是停留在此概念,直到两年前一次偶然的机会才知道其确实含义是LOOP GAIN,即环路增益。

 

 

但是我想LOOP GAIN这样的叫法也是不完整的,因为对于把持回路的频率分析伎俩,不仅限于增益,还有相位的延迟。 (看来我对增益的概念懂得的狭隘了,增益是频率分析中应用模+相角表现的一种方法,所以Loop Gain是正确的)

使反馈系统进入不稳固状态所需增长的环路增益,环路增益是频率的复数(向量)。增益为其模,相位为其相角。(引自神奇的电在此帖中论述)http://www.21dianyuan.com/bbs/bbshome/topic.php?action=show_topic_tree&topic_id=149674

 

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环路学习之二:一次意外培训 

记得几年前元旦刚过,公司比较安闲,team leader为我们争取到了一次公费上海培训三天的机会。是张占松老师和另外一个叫张心益的老师主讲,前几天还看到坛子里有人问相干的培训是否有价值,对我来说是有的,很有。

因为就是这次培训让我知道TL431周围那几颗神秘莫测的电阻电容设计用意。用张占松老师的话来讲它们就是“秤砣”,因为时间很短,所以在当场只是对BODE图的合成留下印象,因为bode图半对数的特征,所以对应频率是可以直接相加减的……

这次培训张老师关于小信号把持的讲解虽然只有短短2小时,但是却勾起了我很多回想,

大二下半学期上模电时老师讲的bode图,做实验手绘半对数坐标;

大三上班学习自控老师讲的负反馈,PID调节,零极点、比例放大、微分积分环节、传递函数……

很多概念飘进了我的脑海,我激动了,上学时学到的这些枯燥无味,完整无用的东西突然之间就能领导实践领导设计了,我很高兴。 

我还想起了我们实验室那个花了大价格买的测试“萝卜根”的仪器,虽然后来因为有些客户的评估项目中请求参加此项评估,所以一些工程师还是硬着头皮对着作业领导书在做那个我敬而远之的“萝卜根”,

 

 

当时在上课的时候我突然就有了一种想去摆弄摆弄的想法,我回来打开了软件,F1调出了User manual, 啃得很费劲,一边啃者一边把之前其他工程师测试过的成果拿过来研究,还近乎猖狂的在网络上搜寻环路相干的所有信息。但是大家都广泛有个习惯,就是费劲搜索来得材料未必会花更多的时间去消化,只是躺在硬盘的某个角落里……

终于,老板派下任务来了,培训归来,总要给大家分享一下培训的内容嘛,不能就这么好吃好喝的伺候着,也不用上班,就去逛上海的街道。 

过完元旦,附近春节手头的活多起来了,所以年前老板没有再提,只是想着年后的例行月分享会上确定是逃不掉的,所以就利用业余的时间,根据当时张老师讲课的思路,把下载的材料各种拼凑,总算是交了差,当时报告了整整1个小时,报告完了,老板的评价就是听的快睡着了,接触过环路的都知道要讲明确实在太多内容了,而且知识很陌生,甚至讲的时候,自己脑海里也泛出很多疑问。 

但是经过这次洗礼,我总算是知道了断定环路稳固的条件,后来翻了模电书,创造在“负反馈放大电路的稳固性”一节也是有的提到,只是上学的时候不知是翘课了还是正好在跟前后桌玩儿没听到,总归是没什么印象。

经过这次培训,不仅让我踏上了环路学习这条不归路,同时也让我系统的懂得了一下开关电源各个模块的具体实现方法。为我从含混的模块概念到参数化开关电源各模块编织了脉络……

 

环路学习之三:管中窥豹 

开关电源把持回路的学习不但牵扯到开关电源本身的功率环节(Power Stage)功率变换和滤波器的概念、还牵扯到反馈回路(Feed Back)很多主动把持理论的分析伎俩和判据。

从频域和时域交互分析,领导实践。 

今天先自己罗列一些能够想得到的利用于开关电源把持回路的概念,盼望大家也能脑力激荡,参与其中,补足并完善,我们再将这些概念和方法编织成网,形成系统。 

把持理论相干概念和方法: 

负反馈、网络、开环、闭环、带宽、阻抗变换、传递函数、模、相角、增益、相位、裕度、穿越频率、零点、极点、比例、微分、积分、PID调节、补偿、相位提升、

参考输入、误差放大、振荡、稳固、阻尼、品德因数、阶跃响应、 

拉普拉斯(s)、复频域(jw)、BODE图,根轨迹图、奈奎斯特图,奈奎斯特采样定律、香农定律

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开关电源功率变换相干概念及方法: 

DCM、CCM、右半平面零点、斜率补偿、

 

涉及相干零件: 

采样电阻、放大器、TL431、光耦、偏置电阻、IC及相干补偿网络、RLC网络、PFC把持回路、寄生参数

 

功率环节建模相干概念和方法: 

 

因为我涉及太浅,所以引用斜阳古道版主发表在电源网论坛的一段信息,在此特别鸣谢古道版主在此方面的研究和工作。(以下黑体字标示部分) 

1.小信号分析法:

重要是状态空间平均法,由美国加里福尼亚理工学院的R.D.Middlebrook于1976年提出,可以说电力电子学领域建模分析的一个真正的重大突破.后来涌现的如电流注入等效电路法、等效受控源法(该法由我国学者张兴柱于1986年提出)、三端开关器件法等,这些均属于电路平均法的领域.

平均法的毛病是明显的,对信号进行了平均处理,不能有效地进行纹波分析;不能正确地进行稳固性分析;对谐振类变换器可能不大合适;要害的一点是平均法所得出的模型与开关频率无关,且实用条件是电路中的电感电容等的自然频率必需要远低于开关频率才会较高.

 

2.大信号分析法:有解析法,相