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绝绝子Buck电路的传递函数咱就是说一整个把它给解析了!

  裨衣山海关船厂凯时app苹果版调制传递函数遥测电压表我们很容易观察到这样的现象:把一个圆球放在山尖尖上,稍微施加一点扰动,哪怕微风徐徐,它也很容易滑下山坡。当把这个圆球放在山谷,即使扰动很大,不管风吹雨打,它也岿然不动。

  而电源的稳定如何比较呢?其实道理也差不多,看扰动对系统工作的影响大不大。

  电源里的扰动基本上是输入和负载的变化,而为了减小扰动对输出电压的影响,我们需要引入反馈的环节,来进行闭环控制。一个控制系统,通常由被控对象、传感器、控制器构成:传感器将输出反馈至输入端,比较器将反馈量与给定值比较后生成误差值送入控制器,控制器产生调节量送入被控对象,从而实现对输出信号的准确控制。

  断开系统的反馈通路,以反馈信号B(s)作为输出、误差信号E(s)作为输入而确定的传递函数,称为该系统的开环传递函数。需要注意的是,开环传递函数并非字面意义上开环控制系统的传递函数。

  描述输出信号C(s)与输入信号R(s)之间关系的传递函数,称为该系统的闭环传递函数。

  闭环传递函数的分母表达式称为系统的特征式,令该特征式为0,即可得到该系统的特征方程,特征方程的解即为系统闭环传递函数的极点,反映了该闭环控制系统的本质特征,而由特征方程表达式可以看出,闭环系统稳定性实则与系统开环传递函数息息相关。因此我们需要探究系统的开环传递函数。

  对于Buck电路,我们可以拆解成几个级联的模块:脉宽调制比较器、开关网络、LC滤波器、分压反馈电路、误差放大器及其补偿网络。误差放大器及其补偿网络组成其实也是由两部分构成:做差和补偿。但是实际应用中反馈信号是加在误差放大器的反向输入端的,二者功能合一。

  根据使用的是传统运算放大器还是跨导运算放大器,其传递函数形式也不同。在控制环路中,我们只关注变化或者扰动,而不关注直流值。

  传统运算放大器是一个单纯的电压放大器件,从交流的角度来说,反馈传递函数H(S) =-Z2/Z1,与RF2无关。这就是为什么我们看到很多DCDC芯片调节输出电压都是建议用户固定上分压电阻的数值,改变下分压电阻。

  跨导运算放大器是一个电压到电流的放大器件,如果两个引脚之间存在电压差,会转换成输出引脚上的电流变化量,电流×Z2(S)得到VCOMP。同样,由于是交流分析,我们可以把Vref忽略掉,反馈传递函数如图上所示,使用跨导运算放大器的芯片反馈传递函数与RF2有关。

  如果以II型补偿计算为例,传统运算放大器的反馈传递函数HS和跨导运算放大器的传递函数分别如图所示。

  下面我们来看脉宽调制器的传递函数GPWM是如何得来的,从电路上来看,PWM脉宽调制器其实是一个比较器,它的一个输入是控制信号VCOMP,由前面的误差放大器产生。另一个输入是RAMP,电压模式由内部时钟产生,电流模式由电流斜坡产生。通过比较VCOMP和RAMP这两个信号,输出PWM信号驱动开关管。

  如果分压器采得的输出电压高于参考电压VREF,VCOMP信号会下降,这将使得占空比D减小,从而使得输出电压下降。

  如果分压器采得的输出电压低于参考电压VREF,VCOMP信号会上升,这将使得占空比D增加,从而使得输出电压上升。

  对于开关网络的传递函数,PWM信号驱动开关管开通和关断,将输入电压VIN斩波成开关电压SW,就像用菜刀砍瓜切菜一样,把平整的直流波斩成了方波。SW电压经过LC滤波就是输出电压,所以低频下SW电压的平均值就是输出电压,所以对于开关管来说传递函数约等于VIN。

  对于LC滤波器,本质上是一个二阶滤波器,负责把前面传递过来的开关波形滤成稳定的直流电压。我们这里用电阻R代表负载,它的传递函数为VOUT/VSW,把容抗与电阻并联与感抗分压就可以推导出来。

  求得各模块的传递函数后,把这几项者相乘我们就得到了系统的开环传递函数,以II型补偿的传统运算放大器为例的开环传递函数计算如下图所示。

  III型补偿的传统运算放大器参考往期小课堂《巧用RT电阻和前馈电容改善动态问题》里加上前馈电容的式子,替换HFB和GEA部分就好了。

  关于环路还有非常多值得探讨的问题,请大家持续关注后面的电源小课堂,我们将为大家详细讲解,不要错过哦!

  电源小课堂第四季第十话:浅析 MPS DrMOS 如何与多相控制器交互电流信息

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