????好久不見，上一次寫專欄還是在21年，不過都刪了??，這回簡(jiǎn)單講講自己理解的如何設(shè)計(jì)開關(guān)電源的電壓和電流環(huán)路的補(bǔ)償器，先用幾個(gè)仿真軟件做做仿真，最后貼一張實(shí)際做過的用示波器掃出來(lái)的結(jié)果。如果有錯(cuò)誤請(qǐng)指出哦~

????本文內(nèi)容參考有UP主：電源那些事兒、電力電子電機(jī)碩博士和木修于淋的視頻以及Edward?Lee的 《混合式數(shù)位與全數(shù)位電源控制實(shí)戰(zhàn)》和《開關(guān)電源環(huán)路設(shè)計(jì)》兩本書。軟件用到了Simplis、Matlab和PLECS。那我們開始吧~

????在設(shè)計(jì)環(huán)路之前首先得對(duì)系統(tǒng)功率級(jí)建模然后得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，根據(jù)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)位置再設(shè)計(jì)補(bǔ)償器，這里獲取系統(tǒng)功率級(jí)的傳遞函數(shù)是個(gè)蠻重要的，我看過的書上一般都是用什么小信號(hào)模型還是狀態(tài)空間平均來(lái)進(jìn)行建模，但是因?yàn)闆]有讀過研究生也沒學(xué)過自控這門課這里還是不太懂，我一般會(huì)采用Simulink或者Simplis獲取系統(tǒng)的Bode?Plot然后用Matlab擬合出一個(gè)傳遞函數(shù)，也不需要復(fù)雜的公式計(jì)算，還是對(duì)像我這種菜鳥還是很友好的。那么獲取功率級(jí)的Bode?Plot我一般喜歡使用Simplis,主要是Simulink實(shí)在是太慢了，PLECS還沒有導(dǎo)出數(shù)據(jù)，按理說除了移相全橋和DAB（其實(shí)應(yīng)該可以，沒有去深究），像是LLC還是簡(jiǎn)單的Buck與Boost都可以用Simplis很快速方便的得到一個(gè)Bode?Plot。下面就以一個(gè)Buck為例做一個(gè)演示。

????首先用Simplis搭出一個(gè)開環(huán)的Buck：

????這里應(yīng)該很好理解，經(jīng)典的電壓模式Buck控制器（SG3525或者TL494）與Mos驅(qū)動(dòng)和Buck的基本結(jié)構(gòu)。使用POP分析+AC分析。

可以看到這里有一個(gè)LC濾波器的雙極點(diǎn)，在輸出電容ESR位置有一個(gè)零點(diǎn)。首先把這個(gè)數(shù)據(jù)復(fù)制導(dǎo)出為一個(gè)TXT文檔。

????然后保存命名為Data.txt，接著打開Matlab用以下腳本擬合出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：

????這里由于系統(tǒng)是個(gè)二階系統(tǒng)，tfest函數(shù)第二個(gè)參數(shù)寫2就可以，運(yùn)行就可以得到擬合出來(lái)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)和Bode?Plot?？梢钥吹綆缀跏且粯拥?。

????接著就是設(shè)計(jì)我們的補(bǔ)償器，根據(jù)圖里可以看出來(lái)，在900Hz位置有一個(gè)雙極點(diǎn)，212KHz位置有一個(gè)零點(diǎn)，開關(guān)頻率是70KHz，系統(tǒng)頻寬就設(shè)計(jì)為一個(gè)7KHz差不多。補(bǔ)償器的雙零點(diǎn)位置就是在900Hz，因?yàn)橄到y(tǒng)的帶寬相比于ESR零點(diǎn)位置不是很高，高頻極點(diǎn)就放在35KHz，即二分之一開關(guān)頻率處差不多。兩個(gè)極點(diǎn)位置就是調(diào)整P.M（相位裕度）和頻寬了。根據(jù)Edward的書上說F Original公式為：F0 = Vramp * Fc / Vin，那么這里F0位置就選擇140Hz，輸入電壓設(shè)計(jì)為50V.剩下一個(gè)極點(diǎn)就是我們調(diào)整相位裕度的。先選擇4KHz的極點(diǎn)看看效果。

????可以看到頻寬偏低，P.M偏低，接著調(diào)整參數(shù)為25KHz，結(jié)果如下：

相位裕度差不多但是頻寬略高（9KHz了）。那么減小Wp0?增大Wp1看看結(jié)果

????可以看到在110Hz的Wp0，30KHz的WP1，系統(tǒng)頻寬是7.13KHz，P.M是55.8度，效果不錯(cuò)。這里也可以對(duì)比一下PI控制器效果如何：

????調(diào)了一陣子只有這個(gè)參數(shù)P.M比較高，也就是系統(tǒng)穩(wěn)定。再調(diào)要么系統(tǒng)太慢要么系統(tǒng)不穩(wěn)定，可以看到PI控制器在相近P.M下頻寬只有1.23KHz，所以要向達(dá)到最佳動(dòng)態(tài)響應(yīng)還是要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)Type-2?或者Type-3的補(bǔ)償器。

????補(bǔ)償器零極點(diǎn)設(shè)計(jì)完成后我們可以通過Matlab看看我們的補(bǔ)償器傳遞函數(shù)是什么樣子的：

????在PLECS里搭建好系統(tǒng)框圖后，直接使用這個(gè)傳遞函數(shù)看看效果，參數(shù)與Simplis相同：

這邊R1是25歐，輸出電壓30V，R3負(fù)載是5歐來(lái)測(cè)試動(dòng)態(tài)響應(yīng)。以下是仿真結(jié)果：

????可以看到調(diào)整時(shí)間在3ms內(nèi)，且超調(diào)很小，瞬時(shí)跌落與過沖0.5V?？梢酝ㄟ^以上傳遞函數(shù)直接Bilinear-Transform得到數(shù)字的3P3Z補(bǔ)償器使用，也可以用腳本算出來(lái)模擬的Type-3的RC參數(shù)：

在Simplis效果如下：

????和直接補(bǔ)償器傳遞函數(shù)得到的結(jié)果相差不大。

????以上方式還可以擴(kuò)展至對(duì)平均電流模式的控制，以下是例子：

????可以看出個(gè)位數(shù)PWM周期就實(shí)現(xiàn)了收斂，且對(duì)2KHz的Reference也完美的進(jìn)行了跟蹤。下面這張圖是我實(shí)際做的一個(gè)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是50V實(shí)際36V輸入，相位裕度偏大和頻寬會(huì)有些偏低:

????那今天內(nèi)容基本就差不多了，簡(jiǎn)單地把自己了解的環(huán)路設(shè)計(jì)做個(gè)總結(jié)，有錯(cuò)誤有問題還請(qǐng)指出哦~