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反激回路的设计(探讨)

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simon009
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高级工程师
  • 2011-5-26 15:02:56
看了很多文章,都没有详细讲解反激回路的设计,要么就是很难懂。。。一直想弄懂它,现在有点思绪,希望与大家讨论下。欢迎拍砖!

首先,我们考虑反激电路的控制系统机构图


下面我们分别从每个系统出发,具体探讨各个部分的传函的求解。

一、高频部分
由于主电路的参数,是根据输入输出以及功率等给定而确定了,因此占空比到输出电压的传递函数就确定了。先看张老师给出的电路图以及传递函数:


这里,设制一个24/5V,10W的反激电路。。。经过计算,可以得到变压器的原副边的匝数分别为10匝和5匝;采用的磁芯是EE28/34... 在10Khz下测,电感量为25.56uh,漏感为0.56uh.....其中,RL=0.036(实测); 另外,若输出端只接电容,则Rc=0,且考虑到电容C的esr本身很小,从而推知传函中Wzc值》》Wa次; 故有:


用saber进行仿真,可以求得bode图,如下:


可以得到:
穿越频率为1.9K(需要增大一点); 相位裕量为87°; 静态增益为26.5db(有点少,要提高,需要加一个极点)

接下来,讨论3842部分。
小法
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副总工程师
  • 2011-5-26 17:35:43
 
关注学习来~~~
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-26 18:37:50
 
二、3842控制部分
反激一般都采用峰值电流控制,其代表芯片为3842.主要包括电流内环,电压外环。其示意图如下图所示。


故通过分别求电流内环,以及电压外环可以得到整个控制部分的传递函数。
下面请看,3842的内部结构图。


这里,我们采用一种新颖的接法。即3842原来接反馈电压的2脚接地,通过1脚直接接反馈电压,可以提高响应时间。详细请看附件:

UC3842控制芯片在反激电源上的新用法.pdf

现对3842的电流环控制思路如下:


有:
从而得到:
小法
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副总工程师
  • 2011-5-26 18:49:40
 
DCM的工作模式。。。继续关注,楼主该怎样去用SABER验证你的补偿是正确的~~~

DCM小信号传递函数.pdf
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-26 23:42:24
 
小法,后面有的。谢谢顶啊
小法
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副总工程师
  • 2011-5-26 23:59:46
 
大哥此话,明示已经验证好了。。。我之前搞的3842,无法做闭环测试,但我的传递函数跟你这个差矣,我是按着OB 给出相关资料去写。。。所以关注学习下。。。
zrj123
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本网技师
  • 2011-10-8 22:37:06
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有点不解:2楼的推导中的

不是还要乘上检流电阻Rsense才行吗?因为Vcomp = Isense_PK*Rsense,不知道说的对不对。
simon009
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高级工程师
  • 2011-10-21 16:49:42
  • 倒数3
 
这里的Vcomp 如楼下所示。
风之影
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本网技师
  • 2013-9-10 17:18:47
  • 倒数2
 
才看到这个帖子 我觉得不是 Vcomp并不是检流电阻上的电压值 只是电压放大器输出的波形 在值上就等于Isense 不需要考虑电阻什么的
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 09:42:32
 
2.电压外环
如图所示。


可以得到:

allen-leon
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  • 2011-5-27 13:19:05
 
R1,Rcomp 影响的是环路的什么??
小法
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  • 2011-5-27 13:22:05
 
Rcomp是指IC里面的阻抗~~~
下图的6K位置~~

小法
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  • 2011-5-27 13:33:08
 
光耦的水平增益。。。
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 16:05:01
 
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 15:42:49
 
光耦转换前后的电压增益。。。
详见:
TL431与光耦反馈回路设计.pdf
allen-leon
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  • 2011-5-27 15:46:12
 
要消除下来动态波形的负尖峰,请问有何建议,改用431的那个零件??
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 15:57:45
 
请问,这个是测得的那个元件端的电压波形?还有这个是一个什么拓扑结构啊。
allen-leon
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  • 2011-5-27 16:26:42
 
输出电压波形
正激。
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 16:39:40
 
看你的图形,电压输出那么小,而且负电压尖峰那么高。是不是变压器漏感引起的呢?调节TL431应该没有用吧。
小法
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  • 2011-5-27 16:41:31
 
请教下,这个负尖峰如此之大,是否跟输出二极管的反响恢复时间和漏感有关。。。
allen-leon
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  • 2011-5-30 08:44:59
 
没有。只是响应回路的问题。
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-30 10:49:01
 
回路问题,不解?
请指教!
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 15:39:03
 
综合,以上高频变压器部分和3842部分的传函,可以得到:

利用saber仿真得到其幅频与相频曲线:


可以看到,整个H(S)的穿越频率为11.9K,相位裕量为58°;穿越频率够大,当然可以适当减少;相位裕量充足; 只是静态增益不是呈现-2db或者-1db的衰减曲线,故可以考虑在原点出加入零点。
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 16:03:07
 
三、补尝网络的设计
由于需要在零点添加极点,因而这里引入单零点单极点的补偿网络。如下图:


根据TL431的内部结构,简化如下:


可以求得,其传递函数为:

simon009
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高级工程师
  • 2011-5-27 17:28:59
 
这里将穿越频率降到10Khz, 故有:20log(|H(s)|)+20log(|K(s)|)=0; 其中,s=j2*pi*f, f=10khz;
另外:
这是,夏军大哥《buck电路的环路计算,补偿和仿真》一贴中的,一个说法。我不知道是什么意思,请各位指教。

根据以上,若取分压电阻R2=5k, R3=5.7k; C1=5.6nf;
故得到:




据此,利用saber仿真得到:


从图中,可以看到静态增益呈现-2db斜率下降,故满足要求。。穿越频率也到达10Khz了。。
不过,这里存在了一个小问题。。。。下文继续~~~~
小法
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  • 2011-5-27 17:57:01
 
simon009
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  • 2011-5-28 01:28:28
 
谢谢小法
simon009
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  • 2011-5-30 09:23:08
 
如,传递函数T(s)的函数,在saber中,其分母不中常数项不能为零,也就是只能写成:a+2.471e-7s+4.39e-10s*2. 不知道如何解决这个问题?
想过令:a=1e-20,即给a赋一个很少的值。不过,不知道这种做法,对不?
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-30 10:48:05
 
四、问题分析及补救方法
由于添加补偿网络后,传递函数T(s)中分母常数项为零,而saber中的函数设置不允许。故通过mathcad来求证。如下图所示:


可以看到,补偿后的幅频特性曲线满足要求,而相位裕量则不满足要求。于是,进行新的补偿网络的设计。
simon009
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高级工程师
  • 2011-5-30 12:21:47
 
经验证,发现
式子是错的。。。 pai 应该没有的。
可以从下图得知:


从上面两个补偿网络的波特图以及相频曲线可以看出, 如果系统需要引入零点出的极点,以及之后在二分之穿越频率处引入零点(保证稳态响应的频率范围),以及在穿越频率处相位裕量的保证,那么单零点单极点(PI),以及单零点双极点(PID)都是不错的选择。
并且,单零点双极点在高频处还提供了一个极点频率。可以用于对高频干扰信号要求比较严格的系统。
经过从新的计算,补偿仍旧采用14楼的单零点单极点补偿,则R3=5.7k, C1=17.5nF.
仿真得到:


穿越频率为:14K; 相位裕量为:46.25°
小法
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  • 2011-6-7 16:45:24
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对一楼有几处疑问 :
1.楼主的设计是10W还是100W?一次侧和二次侧的匝数太少了吧,用到EE28磁芯。
2.楼主选择10KHZ的工作频率,是否该选择大点,如40KHZ以上
simon009
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高级工程师
  • 2011-6-8 08:53:03
  • 倒数9
 
1.小功率10W的;
2. 10Khz是用电桥测电感的,不是工作频率为50Khz
小法
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  • 2011-6-8 10:04:00
  • 倒数8
 
1.10W的输出设计,能否把输出规格(电流和电压)再说下,一楼写着是24/5.。。。
2.10W输出,NP=10T,NS=5T,用EE28的磁芯,是否太浪费了点。。。大哥的磁芯选择是根据AP法来选的吗??? 感觉你的变压器方面设计有点问题。。。请拍砖!
3.10K电桥测试,不好意思,这我看错了
simon009
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  • 2011-6-9 11:14:39
  • 倒数7
 
24/5是指输入输出电压;
Ap计算,不会浪费;
小法
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  • 2011-6-9 11:25:28
  • 倒数6
 
大哥,你还是把你输入输出规格说下吧~~~~
simon009
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小法,我说了啊。输入24V,输出5V/2A ;
kingr
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谢谢分享!学习了!
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