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穿越频率和开关频率之间有什么关系 ?

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blueskyy
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总工程师
  • 2009-11-4 14:23:39
10问答币
请问:穿越频率和开关频率之间有什么关系 ?这个关系的物理意义是什么?
收藏收藏11
blueskyy
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总工程师
  • 2009-11-4 14:25:41
 
有人说,穿越频率设定在开关频率的1/2以下,为什么这样设定呢? 这样做的目的是 ??
libang
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高级工程师
  • 2009-11-4 17:24:51
 
信号采样理论认为低于信号频率的一半,信号就不会被正确的采取. 实际上Fco受其它因素影响往往在Fsw/20左右.
blueskyy
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总工程师
  • 2009-11-4 19:57:59
 
请问:这里哪个是被采样信号?哪个是采样?按照你的频率大小上的解释,开关是采样,Fco是被采样的信号,这样一来,就有点糊涂了。另外,应该是采样频率必须是信号最高频率的2倍或以上,信号频谱就不会重叠。信号才不失真。你是不是说反了。
libang
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  • 2009-11-5 09:29:30
 
开关频率被采样就会出现环路不稳.<Fco是被采样的.
chenzhimin
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本网技师
最新回复
  • 2022-4-7 11:38:32
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你好,我有两点疑问,请帮忙解答:频率是否被采样是取决于>fco还是大于一半采样频率呢?
因为提到说<fco是被采样的,我们希望开关频率不被采样,那保证采fsw>fco是不是就足够了呢?我是这么理解的:按照采样定理,采样频率为fsw,那么采样频率必然等于开关频率,按照采样定理这样不是必然不被采样的吗?


天剑002
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  • 2012-5-26 22:51:40
 
楼主,我还是感觉很困惑,能不能用你的理解给我解释下,首先,开关信号是不是滤波之后剩下的??开关信号为什么和误差信号是采样的关系?我感觉是混叠啊。最后,为什么开关信号是采样信号???
doaer
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高级工程师
  • 2012-5-27 16:28:44
 
采样模型如下图所示:

PWM是小信号采样器:
ECEN5807_sampled_intro.ppt
blueskyy
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  • 2012-5-27 20:41:28
 
呵呵,谢谢doaer兄 ~
blueskyy
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  • 2009-11-5 11:08:21
 
谢谢你!
天剑002
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  • 2012-5-13 14:36:29
 
楼主弄懂了吗?帮忙解释下,我也看到这了,疑惑中。
thincat
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本网技师
  • 2012-5-13 18:46:54
 
环路的穿越频率理论上要小于开关频率的1/2(一般都设置小于1/5以上),这样开关频率就不会对环路产生干扰,因为在开关频率处环路增益已经小于0db,反馈后衰减。
blueskyy
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总工程师
  • 2012-5-13 21:46:36
 
天剑002
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  • 2012-5-14 08:52:08
 
为什么要将开关频率处滤掉?还有滤波器的增益波形为什么会是先-1下降,在水平,在-1下降。穿越频率之前为什么要-1下降
pandy
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  • 2012-5-13 22:19:37
 
一般穿越频率选开关频率的1/5~1/4
doaer
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  • 2012-5-27 20:50:46
 
关于交越频率,可以参考下面这篇文章:3 Loop Gain Crossover Frequency.pdf
ipod5566
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  • 2014-2-24 16:08:10
 
我看的资料写的是:穿越频率一般选择为开关频率的1/5~1/10。
荨麻草
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  • 2014-2-24 16:15:25
 
好久以前的帖子了,按香农采样定理理解就可以了:
采样频率(PWM开关频率)至少是信号频率(fc频率以内的信号为有用信号)的2倍,方能复原有用信号,工程上一般取4~10倍。
故fc是fsw的1/4~1/10.
ipod5566
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  • 2014-2-24 16:21:06
 
闻道有先后,谢谢草兄
not2much
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  • 2014-2-25 11:13:46
 
为什么PWM开关频率是采样频率呢?如果是模拟控制,opamp理论上应该是接受了全频率的信号吧?
not2much
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  • 2014-2-25 12:22:00
 
是我孤陋寡闻了,Ridley和Dragan都在他们的资料写了SMPS是sample-data system
荨麻草
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  • 2014-2-25 12:44:51
 
Dr. Ray就是用[size=13.63636302947998px]sample-data理论解释了峰值电流模式1/2开关频率处的次谐波震荡
not2much
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  • 2014-2-25 13:45:40
 
因为之前看到Ridley的那篇论文里说current mode可以用sample-data system来分析,voltage mode并不需要,所以就留下了这个映像。
ckj_ck
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  • 2019-6-21 11:05:09
 
老胡你附件消失了,我给你补上,不谢

A More Accurate Current-Mode Control Model, Ray Ridley, TI slup122.pdf (830.11 KB, 下载次数: 142)

ckj_ck
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  • 2019-6-21 10:50:15
 
在理解sampled-data model的基础上,推荐一篇paper “Small-Signal Laplace-Domain Analysis of Uniformly-Sampled Pulse-Width Modulators, David M. Van de Sype” 见附件,进一步诠释了两者(fc 和 fsw即fs即f_sampling)之间多少倍的关系会对系统闭环控制产生多少倍Tsw时间的延迟,他把各种modulation方式的sampled-data system的small-signal model都推导出来了,比如trailing-edge, leading-edge, triangular(symmetric on/off time) 等

Small-Signal Laplace-Domain Analysis of Uniformly-Sampled Pulse-Width Modulators.pdf (410.95 KB, 下载次数: 111)
荨麻草
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  • 2014-2-25 12:41:33
 
Opamp相当于信号调理电路,PWM modulater相当于ADC,MOS开关与储能元件相当于DAC
lansunhsu
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  • 2014-2-24 15:15:46
 
相位,怎么确定?
lansunhsu
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  • 2014-2-24 15:21:51
 
下图分别是115Vac、230Vac满载时的增益相位曲线。大家评说一下,这个会不会发生量产问题?为什么?
忘记说了,是反激,开关频率65KHz。


荨麻草
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  • 2014-2-24 15:59:06
 
应该属于正常现象,对反击而言,相同负载条件下,高压输入时的带宽要比低压输入时高那么一点。
lansunhsu
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  • 2014-2-25 08:37:46
 
相位有没有问题?100Hz~2KHz范围内的相位,是否太大了?
量产了很久,没有问题。年前,431换成另外厂商的料,发生230Vac无法满载开机(115Vac可以),不良率约5%。不良品机台换成原来的431就OK。

另外的方案是改431 RC补偿支路的R值。
原始设计R取51K(C取10nF),将R取值改为1K,不良品机台也OK。区别是100Hz~2KHz范围内的相位小了很多。穿越频率略有降低,但还在1KHz以上。
荨麻草
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  • 2014-2-25 09:30:30
 
1。楼上的相位是没有问题的,并且相当好
2。不同厂家的431,在相同偏置电流Ibias下,DC gain是不一样的(我猜测这可能其影响Coverter动态起机性能的一个原因)
3。431上面串RC构成的Type II有个小缺点,R不仅改变补偿网络零点的位置,还会改变Mid-Band Gain,简化传函表达式为:
G(s)=k*R*(1+RC/s)/(1+wp*s)
当R由51k降到1k时,Mid-band gain整体下移约30db,(导致带宽变窄),补偿零点由原来的312Hz,移到15kHz,[size=13.63636302947998px]100Hz~2KHz范围内已经没有零点了,故相位会下降很多。
4.回到开不了机的问题,由于开机时,431处于饱和状态,并没有形成有效的"闭环",分析起来颇为费劲。。。
荨麻草
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  • 2014-2-25 09:39:39
 
此外,根据我个人的小经验,带宽越窄,越容易起机(尤其是带容性负载时),着实令人费解。。。
lansunhsu
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  • 2014-2-25 11:08:34
 
确实如此!穿越频率低到100Hz附近,甚至更低。
not2much
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  • 2014-2-25 11:38:18
 
个人猜测:
带宽越窄,相应的补偿器的增益就越低。在起机过程中,由于Vref-Vout值为最大,所以补偿器易饱和。在Vref-Vout逐渐减小的过程中,如果补偿器的增益很大,输出依然处于饱和阶段,所以在这段时间内转换器在尽全力吸收电能,导致(转换器连接的电源过流。
荨麻草
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  • 2014-2-25 12:46:40
 
不二兄所言颇有道理。
ckj_ck
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  • 2019-6-21 11:31:17
 
很有道理,受益了
lansunhsu
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  • 2014-2-25 10:53:44
 
R由51K改成1K


荨麻草
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  • 2014-2-25 11:10:04
 
跟我想象的不太一样...
PS:这款电源功率不大吧
lansunhsu
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  • 2014-2-25 11:16:10
 
12V/30W
lansunhsu
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  • 2014-2-25 16:49:38
 
教科书说Gain Margin -20dB以上、Phase Margin大于45度。
就说Phase Margin,大于45度,90度、100度、120度、135度更好吗?Phase大,意味着什么,越大越好吗?
荨麻草
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  • 2014-2-25 17:13:29
 
[size=13.63636302947998px]教科书说Gain Margin -20dB以上、Phase Margin大于45度。

教科书上说的这句话是针对所有的自动控制系统而言的,是在系统的动态与静态性能之间寻求一个折中。
1.Gain Magin -20db(越负越好)是出于滤除系统的高频噪声的角度考虑的;
2.Phase与Phase margin是两个不同的概念,一般只看Phase Pargin(PM)就可以了,PM太小了系统容易进入不稳定的状态,且会产生较大的过冲(典型表现为启动、Dynamic Load时产生的undershoot与Overshoot);若PM太大,则会使系统反应变得迟钝(典型表现为[size=13.63636302947998px]启动、Dynamic Load时调整时间被拉长);
3.开关电源从基准到输出的闭环传函接近二阶系统(和典型的LRC串联电路的传函特性类似)理想情况下,PM超过90°时系统几乎不会有过冲,但是反应很迟钝,PM=45°时约产生25%的过冲(注意:有些电源系统是不允许输出有太大过冲的)
4.综合考虑,对开关电源系统而言,PM取55°~85°是比较合适的
lansunhsu
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  • 2014-2-25 17:29:29
 
回到16楼看测试结果,100Hz~2KHz范围内的相位。是否偏大?
荨麻草
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  • 2014-2-25 17:35:02
 
没关系的,只要PM合适就行了
logout123
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本网技师
  • 2016-7-27 13:56:43
 
那个Gain Margin为什么要在20db以下,大神讲解一下!
ckj_ck
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  • 2019-6-21 13:36:21
 
对于第三点,我再准确化点,45°的phase margin大概会产生31%的overshoot,如下图:

ckj_ck
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总工程师
  • 2019-6-21 13:37:46
 
公式是这个:

greendot
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  • 2019-6-23 17:57:09
 
真有31%这么大? 觉得这公式有问题, γ1=π/2 (90度)时竟然有16% overshoot ?
ckj_ck
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总工程师
  • 2019-8-7 19:23:23
 
这个计算公式我仿真验证过,只要是合理的PM范围内,就是说取值不要太边界(比如说都小于10%或者大于90%的overshoot了 这就太边界了),计算准确度还是可以的。
boy59
  • boy59
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  • 2019-8-8 11:03:21
 
这个公式是针对反激的吗?用正激验证时发现了一有趣的现象,相位余量不能单看穿越频率处还要看穿越频率前(资料中提到的条件稳定)

上面都是20kHz穿越频率45度相位余量,“条件稳定”不同,根据仿真结果相位余量应参考穿越频率前的最小相位,再将相位余量设置成90度

这种现象在反激电路应当是不存在的。
ckj_ck
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  • 2019-12-21 22:06:49
 
这个公式是针对二阶系统的,因为大多数情况下,开关电源闭环传函特性与二阶系统特性十分近似,可近似看成二阶系统,
所以可以用标准二阶系统的结论来分析研究converter的闭环响应行为。
但是如果说因为环路设计或者某些特殊converter自身power stage传函比较特殊的原因,使其和二阶系统的特性(可从open loop bode plot上看出)差异甚大,比如你对比临界稳定时候弄出来的那个bode图 显然是和标准二阶系统的bode图差异较大的,那如果再去用二阶系统的结论(就是我贴出来的那个公式)自然就会有比较大的计算偏差了。
greendot
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  • 2019-12-23 13:46:10
 
37楼的和47楼的,都是T/(1+T) 的step input response 吧,那50楼的和这个有什么关系 ?
ckj_ck
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  • 2019-12-23 23:04:20
  • 倒数10
 
50楼的关系是:根据open loop bode plot是可以用来判定系统阶次的,比如是否可近似成二阶系统来看待
greendot
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专家
  • 2019-12-24 13:03:24
  • 倒数9
 
觉得50楼的不是T/(1+T)的,故有此一问。47楼的公式是如何推导出来的?
ckj_ck
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  • 2019-12-24 18:19:15
  • 倒数8
 
1,只是用来判定系统阶次,不需要闭环传函,看开环传函即可近似判定系统阶次了。另外补充一句,T/(1+T)是针对单位反馈才对,否则闭环传函公式还要乘以一个1/H,即应为G/(1+GH)。
2,大于二阶以上系统是无法推导出时频域指标直接的解析关系式的,所以说这个公式不是推导出来的,是经过对大量系统进行研究之后,拟合出的一个近似估算公式。

blueskyy
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  • 2019-12-24 19:04:52
  • 倒数7
 
如何从开环传函,看出(判断)出闭环的阶次呢?
ckj_ck
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  • 2019-12-24 22:54:56
  • 倒数6
 
不必判断,就是一样的。
对于一个真实的物理系统,其闭环传函必然存在分母阶次不低于分子阶次,而分母阶次可直接由GH即open loop gain也即开环传函来判定。所以自然闭环系统也同样是这个阶次了。
对了,我不妨给出一个开放性问题,大家可以思考下:一个n阶开环系统,把它闭环起来,会变成不是n阶系统吗?如果有,请举例。
blueskyy
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LV10
总工程师
  • 2019-12-25 08:29:05
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好吧,就拿单位反馈来说吧,
闭环分母阶次,如何从开环传函来判定?
ckj_ck
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LV10
总工程师
  • 2019-12-24 23:08:41
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当然,前提是单位反馈(其实就是把环路那根线断开和不断开的对比),否则若是引入反馈传函H(s),自然通过反馈可以变成什么阶数都行。
greendot
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  • 2019-12-25 12:18:09
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37楼的出处是 Erickson Chapter 9 讲的把 T(s) 近似成 2nd Order ,然后根据PM,算出Overshoot,例如45度,OS=25%,留意这个OS不是负载突变时输出的过冲,

究竟47楼的是和这个相关,还是指负载突变时输出的过冲?
greendot
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专家
  • 2019-8-8 15:30:00
 
我没理解错,37楼的第三点是指参考电压阶跃时,输出电压的overshoot ?
badhtnnw
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  • 2016-10-20 19:46:29
 
你好你这台是什么仪器,怎么可以测量这些参数的
lilstu
  • lilstu
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  • 2014-2-25 19:55:59
 
好帖,关注下,采样定理还没忘
紫色的童年
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  • 2020-3-29 10:52:52
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好贴,学习下。
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