开关电源的反馈回路有那么难吗？

最新推荐文章于 2025-08-10 11:49:50 发布

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本文详细探讨了电力电子控制系统的环路设计，包括开环与闭环系统、输出滤波器、功率级、PWM比较器、误差放大补偿器和反馈补偿等关键环节。介绍了零极点配置对系统稳定性的影响，强调了左半平面零极点的重要性以及右半平面零极点可能导致的不稳定性。此外，还详细阐述了电压环和电流环的控制策略，如123型补偿器电压环和峰值电流控制，并提供了设计流程和策略，以确保穿越频率的增益斜率和相位滞后满足稳定条件。

目录

常见的几个环节

开环与闭环

输出滤波器

分压采样器

误差放大补偿器

123型的补偿器电压环

431的电压环

峰值电流控制

平均电流控制

环路设计策略

零极点出现的位置

基础知识

零极点

左半平面的极点斜率-20db/dec增益；-90°相移

左半平面的零点斜率20db/dec增益；90°相移

右半平面的零点斜率20db/dec增益；-90°相移

右半平面的极点不稳定系统

增益增加降低稳定性（比例环节大超调大）；相位滞后降低了稳定性（就像交付延期）

所以极点和零点在左半平面表现良好，极点和零点在右半平面可能不稳定，（极点右半平面发散，零点右半平面增加增益和相位滞后）

常见的几个环节

比例环节（比例器）

$G(s)=-K$ $\angle \mathrm{G}(\mathrm{s})=0^{\circ}$

只影响变化的幅度，响应的速度，PID里面的P

积分环节（积分器）

$G(s)=-\frac{1}{~s}$ $\angle G(s) = -90^{\circ}$

能够降低高频增益减少高频噪声，降低稳态误差，但是会产生相位滞后降低响应速度和系统稳定性

惯性环节

$G(s)=\frac{-K}{1+sT}$

一阶微分环节

$G(s)=-K(1+sT)$

环路的稳定

环路增益为1，相位滞后180°，系统不稳定发生自激振荡

开环与闭环

开环

输出滤波器

$\Gamma$ 型滤波器

$\frac{V_{0}}{V_{1}}=\frac{\frac{R \times 1 / C}{R+1 / C}}{L+\frac{R \times 1 / C}{R+1 / C}}=\frac{1}{s^{2} L C+S \frac{L}{R}+1}$ 这个是BUCK拓扑适用，升压和升降压拓扑由于L不能剥离，需要稍微调整一下公式 $\underline{L}= \frac{L}{N_{ps}^{2}(1-D)^{2}}$

这里忽略了一个输出电容的等效串联电阻（会带来零点）

阻尼系数因素决定了交接频率（谐振）的大小，系数越小输出越大（欠阻尼）， $\zeta = \frac{1}{2R}\sqrt{\frac{L}{C}}$

双极点会在谐振频率增益增加

功率级

反激变换器

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