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原创 【你还不知道吗】第九期·技术经验分享原创大赛开始啦!

【专题】开关电源环路控制从入门到XX

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lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 08:44:16
起了这么一个标题“开关电源环路控制从入门到XX”,这XX是变量,可能是入门、也可能是初通,等等,不一而论,但好像不能说精通,自己都不精通怎么可能写出让别人精通的帖子来。不过不要紧能写到什么程度算什么程度,写错了大家指正,写不下去了大家帮忙完善,哈,说不定一不小心大家都精通啦。
本帖以以下这本书为蓝本,可能有人会说抄书,但是写东西总要参考点什么吧,凭空写哪有这么利害。相信看完本帖后这本书不但大致掌握,还有数倍于此书的内容也一并掌握,怎么样?可以秒杀老师傅了吗?


loop.jpg

这本书虽然不错,但为英文版本,虽然论坛中有高手在翻译,但不管怎么样总是以教科书的形式出现,看起来仍然够头疼。现在好了,我们可以在不自觉的读贴中读完数倍于此书的内容,何乐而不为呢?

写帖子不容易,希望大家多支持。
世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2018-5-3 08:46:22
 
前排学习!非常支持!
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 10:40:44
 
多谢支持。
jingjingge
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高级工程师
  • 2018-5-3 11:11:43
 
资辞
boy59
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  • 2018-5-3 10:17:35
 
搬个板凳进来先占个位听讲。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 10:40:23
 
斗胆开个很大话题,见笑了。
boy59
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副总工程师
  • 2018-5-3 14:16:12
 
难得有这样系统的学习机会,谢谢楼主了先!除了小板凳笔记本都准备好了
hunter4051
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高级工程师
  • 2018-5-3 10:58:26
 
支持支持,鼓掌欢迎。。。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 13:55:22
 
还望多互动,先谢啦。
小学渣
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高级工程师
  • 2018-5-3 11:13:35
 
期待一下咯,楼主要勤快更新~
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 13:56:32
 
我会尽量勤更新,多谢关注。
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-5-3 11:17:02
 
绝对的支持!老早就想好好的讨论讨论这本书了~立马去重新看看这本。
小学渣
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高级工程师
  • 2018-5-3 11:21:45
 
优秀!
英文书看得我犯困!
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 13:58:50
 
此书确实不错,其实我自己心里也没底,大话已经说了,只能硬着头皮上了,有不当之处还请随时指正。
qq80644864
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版主
  • 2018-5-3 11:41:09
 
火前关注
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 13:59:14
 
版主多指教哦。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-3 14:22:09
 
环路补偿重要吗?绝对是很重要的,有时也是很抽象的,什么右半平面、什么零点啦、极点啦、带宽啦,看了会很头疼,即使是老司机或者是高手什么的也不一定能说的清,如此说肯定有不少高手的心里万马奔腾,一千个不削一顾。
不信,我们先来看一个例子,以下是一个buck电路负载突变时的电压和电感电流波形,谁能说说这三个波形a、b、c 的补偿情况,哪个好哪个差?不好的是不好在哪里?什么原因?这种波形在实际电路中经常会出现,调试电源时出现这些波形如果说不出个所以然来那就更需要关注本帖啦。新手看不懂没有关系,等本帖结束后你自然就懂了,高手说不出那就不是高手啦。



a)
01.jpg

b)
02.jpg

03.jpg
boy59
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  • 2018-5-3 19:50:35
 
(a) 环路太慢(相位余量大),(b) 环路太快(相位余量小), (c) 环路适中 ?

lahoward
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总工程师
  • 2018-5-4 12:17:43
 
boy59真是顶尖高手,膜拜一下。
boy59
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  • 2018-5-4 16:49:32
 
惭愧,略懂皮毛而已。
小学渣
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  • 2018-5-4 10:33:58
 
第一个图是补偿不足,所以导致Iout跳变时,Vout跟着来个大幅跳变?
第二个图是补偿过度,所以导致Iout跳变恢复正常时,Vout因为过补偿,使得Iout不能快速恢复?
第三个图是补偿恰当,所以导致Iout跳变时,Vout能够快速响应,并且只产生较小的电压抖动,Vout能很好地跟随Iout?
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-4 12:19:24
 
不完全对,a)和 b) 说反了。不过也已属于高手了。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-4 12:24:00
 
看一下标准答案:

Application Note 149.pdf (353.47 KB, 下载次数: 96)
小学渣
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高级工程师
  • 2018-5-7 13:59:46
 
学习了,谢谢。
小学渣
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高级工程师
  • 2018-5-7 14:06:06
 
给大家补充一个中文版本的图,嘻嘻~~
2018-05-07_140502.png
boy59
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  • 2018-5-8 10:47:02
 
中文版的图时间轴单位应该是TIME(uS)······
小学渣
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高级工程师
  • 2018-5-9 11:31:26
 
Linear 的翻译不严谨,哈哈。
cyx7610
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副总工程师
  • 2018-5-17 18:40:11
  • 倒数8
 
环路还是要仪器测试比较好,比较直观。
wbt100
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  • 2018-5-3 17:11:23
 
占个楼,听听课
FHXWT
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  • 2018-5-4 08:09:12
 
支持来了啊
lahoward
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  • 2018-5-4 12:19:48
 
多谢支持。
weixiu123
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  • 2018-5-4 08:53:20
 
慢慢看来。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-4 14:40:49
 
三种控制理论:
控制理论这几个字是常常被提起的,但是控制论有几种呢?三种。哪三种呢?1)经典控制论,2)现代控制论,3)撸棒控制论。这个三种控制论是必须了解的。谁能说说这三种控制论如何区分?特别是“撸棒控制论”,不知为何这样翻译。撸棒,撸什么棒?
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-9 08:20:14
 
经典控制论和现代控制论的区别简单讲就是经典控制理论是研究单输入单输出系统,而现代控制理论是多输入多输出系统。
复杂点讲经典控制理论是用微分方程求解,而现代控制理论是用状态空间求解。
lahoward
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  • 2018-5-10 12:56:03
 
经典控制理论和现代控制理论都属于不稳定系统,何谓不稳定?不稳定是指当外界有扰动,输出一定会有变化,然后再调整到设定值,而撸棒控制则大不相同了,外界扰动在一定的范围内系统的输出不会变,这是怎么实现的呢?其实从理论上讲也不复杂,假设外界的扰动数量级为1,则撸棒控制设计时将扰动数量级设为10,于是扰动在1-10之间系统输出保持不变。撸棒,顾名思义一定是很坚挺,很健壮的。


做个比喻,经典控制理论、现代控制理论像自行车,而撸棒控制论则像大卡车,这自行车肯定不稳定,自行车上所载的重量变化会使自行车失去稳定性,而大卡车则不同了,上一个人、下一个人对卡车毫无影响。


我们做开关电源估计只用得上经典控制理论,也即单输入单输出系统。
lahoward
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  • 2018-5-12 10:46:21
 
Untitled.png
这是什么?Loop!也就是 “环路”。

环路一定是闭合的吗?不一定,有闭合也有不闭合,闭合的就叫 “闭环”,不闭合的就叫 “开环

开环的典型例子如下图所示:

002.jpg

其输入输出关系很简单: y(t) = ku(t) ,此处系数 k 为常数,就是说 k 不随时间变化而变化,而整个公式为线性方程,于是这个系统就称为线性时不变系统。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-15 08:53:28
 
这种 k 为常数的系统其实很少见的,k 随外接干扰会随时会变,比如你骑自行车外界的干扰会使你的自行车骑得一冲一冲的,不但你头晕,搞得不好还会翻车。因此我们希望 k 不变或尽量变化小一点,不至于把自己弄得头昏脑涨的。于是反馈回路应运而生,如图所示,书上称反馈回路为返还路径返还链路,这其实是一个意思。

loop.jpg

引入这反馈回路干什么?当然是为了稳定输出啦。引入反馈回路如何能稳定输出呢?从原理上讲很简单,设输入为 u , 输出为 y ,于是

uy.jpg
这 ε 是输入与输出之差,如果 ε 大了说明输入输出误差大了,赶紧让放大器减小点放大倍数使输出减小,反之则加大放大倍数,这是个动态过程。

顺便说这个 ε 怎么读?读作 “意波西弄”
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-15 14:38:36
 
通常这个 ε 是非常小的,小到系统不能识别,怎么办?很简单,加一个放大器,将小信号放大到足够大以便控制系统能正确识别并处理,这放大器位于环路中,于是就引入了环路增益的概念,高的环路增益会使系统有高的稳定性,此增益称为环路静态增益,如果增益为零则反馈无从谈起,控制系统便无法正常工作。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-17 08:32:44
  • 倒数10
 
关于时间常数

时间常数一词已经熟的不能再输熟了,我们见到的最多的是 RC 时间常数,但时间常数并不局限于 RC 电路中,其概念也不是局限在RC 或 RL 电路,时间常数的真正含义为在控制系统中从一个点过渡到一个新的点所需要的时间,比如在家里打开一个空调,室内温度从一个温度值变化到新的设定值的63.2%所需要的时间就是一个时间常数,由于过渡总是需要时间的,因此控制总是滞后的。

一般谈到时间常数难免用 RC 电路来说明,如下图:

02.jpg

这是个一阶线性时不变系统。为何称为一阶?电路中只有一个储能元件 C ,只有一个储能元件则称为一阶,两个则称为二阶。但两个电容并联算几阶呢?
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-24 14:51:36
  • 倒数5
 
续:关于时间常数 τ

如线图所示假设某个系统温度原为100度,突然将温度调到0度,但温度下降到36.8度时,也就是变化了原始温度的36.2%,此时所需的时间就称为一个时间常数 τ。
t.jpg

又如:上述RC电路,当加上10V的阶跃电压后,电容两端电压上升到3.62V也就是36.2%的输入电压使,此时所需要的时间就称为一个时间常数 τ。
03.jpg

通常认为,一个系统变化了5个τ 即认为已达到新的设定值。
cyx7610
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  • 2018-5-7 17:56:41
 
不错。
何仙公
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副总工程师
  • 2018-5-7 23:54:54
 
b 和c  在现实调机中 很难区分啊
自有比较才有伤害  没有比较时如何判定才能彰显功力!@??》
boy59
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  • 2018-5-8 11:08:07
 
先说一点个人的理解,在图b中电压波形出现了多次震荡说明环路太灵活(补偿不足,相位余量小)而图a相反只有一次大周期震荡说明环路太迟钝(过补偿,相位余量大)。从震荡周期可以估算出穿越频率,从震荡次数可以估算出相位余量,图a穿越频率大概为1/15~1/20开关频率(带宽低),图b相位余量大概10~30度,图c比较适当。
YTDFWANGWEI
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版主
  • 2018-5-8 20:37:54
 
说快慢我明白,说不足过度不懂,为什么慢了叫过度?
boy59
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  • 2018-5-10 08:47:52
 
从相位的角度,补偿过渡会引起相位余量变大环路变慢,从穿越频率的角度好像说不明白了。
cyx7610
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  • 2018-5-8 12:39:10
 
关注中。
mm163705
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占楼听课
小学渣
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  • 2018-5-10 11:14:11
 
有时间没更新了!
Denson
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  • 2018-5-10 13:30:09
 
期待更新~
gaohq
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好贴留名
困惑
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本网技师
  • 2018-5-11 14:15:09
 
好贴关注一下
Origins
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助理工程师
  • 2018-5-11 15:23:07
 
楼主藏了很多英文原版书,这本是八所的经典著作,能不能讲讲TL431的补偿。
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-11 15:39:11
 
TL431肯定要聊一聊的啦,一步一步来。其实也不是讲应该是大家一起讨论。
LD阿峰
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本网技工
  • 2018-5-12 07:29:06
 
期待楼主,更新,努力学习中!
z443233785
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高级工程师
  • 2018-5-14 15:38:40
 
不过瘾啊,讲的太慢了,强烈关注中
lahoward
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总工程师
  • 2018-5-15 08:54:13
 
不好意思,我会尽量加快更新频率。
liang099
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高级工程师
  • 2018-5-22 16:49:33
  • 倒数7
 
看的云里雾里,能不能讲讲时间调试过程中怎么调试判断补偿OK。
lahoward
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  • 2018-5-23 00:02:18
  • 倒数6
 
不知什么地方 “云里雾里”。
jingjingge
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  • 2018-5-16 16:59:22
 
催更~~~
周旭权
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高级工程师
  • 2018-5-17 17:05:48
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张东升
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初级工程师
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无将
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LV4
初级工程师
  • 2018-5-28 14:06:31
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哈哈!其实我们可以用动态负载来测试环路!测试电源稳定性!比如C图就算是好的吗?你没有环路测试仪器就只能用动态负载测试!
无将
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LV4
初级工程师
  • 2018-5-28 14:29:34
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其实在测试过程中我做的是ACDC电源我已这个为例子,当看到大小波一般把环路调慢,怎么调慢呢慢是啥意思呢?慢就是把带宽降低!比如普通的一型补偿!就是简单的运放输入输出之间并联RC那种!可以把电容增加或者电阻改小!这样大小波应该会有所改善!但是会导致一些问题低频纹波就会变大起来了!高频纹波变小!然后说说环路快!当发现低频纹波很大时候!可以适当的把环路调快!就是减小电容或者增加电阻(直流增益增加)!环路太快会引起震荡太慢会引起过冲!所以适当选取中间值!不知道我表达的有没有错误!通俗易懂不?
lahoward
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  • 2018-5-28 15:03:22
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非常通俗易懂,谢谢。
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