鉅大LARGE | 點擊量:1179次 | 2020年05月19日
一款小型直流開關電源的反饋控制電路設計方法
目前,在各種電子設備和現(xiàn)代通信設備中,為了在各種不同工作條件下滿足某些要求或實現(xiàn)規(guī)定的一些技術指標,反饋控制電路已經(jīng)被廣泛應用。作為電子設備和系統(tǒng)中的一種自動調(diào)節(jié)電路,反饋控制電路重要用途就是當電子系統(tǒng)受到某種擾動情況下,系統(tǒng)能通過自身反饋控制電路的調(diào)節(jié)用途,對系統(tǒng)某些參數(shù)加以修正,從而使系統(tǒng)各項指標仍然達到預定精度。反饋控制電路通常由比較器、控制信號發(fā)生器、可控器件和反饋網(wǎng)絡四部分組成一個負反饋閉合環(huán)路,如圖1所示。
圖1反饋控制電路組成示意圖
對應的直流開關電源組成如圖2所示。
圖2反饋控制電路對應的直流開關電源組成示意圖
1、反饋控制電路原理與設計
本文設計的反饋控制電路如圖3所示,其基本控制原理為:當輸出電壓經(jīng)過R11和R12分壓后可得到采樣電壓,然后該采樣電壓與TL431供應的2.5V基準參考電壓加以比較,當輸出電壓正常時,則采樣電壓與TL431的基準電壓2.5V基本相等,所以TL431的陰極電位保持不變,流過光耦中的發(fā)光二極管的電流也保持不變,從而TOp247Y芯片的控制腳C的電壓穩(wěn)定,則控制驅動占空比不變,輸出的電壓就保持穩(wěn)定。當輸出電壓與期望電壓偏低時,經(jīng)過分壓電阻R11、R12分壓后得到的分壓值就比2.5V低,TL431的陰極電位升高,流經(jīng)過光耦中發(fā)光二極管的電流減小,則流過光耦的CE極的電流也降低,TOp247的控制引腳C的電位升高,使占空比增大,從而導致輸出電壓增大,以此來使輸出保持穩(wěn)定。當輸出電壓與期望電壓偏高時,經(jīng)過分壓電阻R11、R12分壓后得到的分壓值就比2.5V高,TL431的陰極電位降低,流經(jīng)過光耦中的發(fā)光二極管的電流增大,則流過光耦的CE極的電流也升高,TOp247的控制引腳C的電位降低,使占空比減小,從而使得輸出電壓降低,以此來使輸出穩(wěn)定。
圖3反饋控制電路示意圖
假設流經(jīng)橋分壓器的電流為250uA,由于TL431的參考電壓為2.5V,則:
又由于輸出電壓UO:
所以可以得到:1.3反饋補償電路分析與設計
在沒有加入電容CZERO時,反饋環(huán)路傳遞函數(shù)為:
在圖3中,不難發(fā)現(xiàn),LED在二級LC濾波器之前連接,這也就防止了當LC網(wǎng)絡開始諧振時在高頻區(qū)出現(xiàn)增益。當然,通過LC濾波器也可以降低高頻噪音。選擇該濾波器諧振頻率應為所選交叉頻率的10倍以上以防止相互干擾。
另外,在加上電容Czero之后,則可以得到在原點處引入一個極點,此時完整反饋環(huán)路傳遞函數(shù)為:
容易發(fā)現(xiàn),在原點處存在極點fpo和由快車道結構引入的極點fz.由于在本文設計中使用的為放大器類型2,因此要在其它地方的極點fp.
這樣,我們可在輸出節(jié)點與地之間加入一個電容,可以得到最終控制式:
這樣,就可以求出極點和零點位置:
因此,下面就可以應用K因子法來設計所要的放大器類型2:
交叉頻率=1kHz;要的相位裕度=70o;交叉頻率處增益衰減Gfc=-20dB;交叉頻率處的相位=-55o,K因子計算為:k=4.5;fz=222kHz;fp=4.5kHz;G=10;CTR=0.8.
根據(jù)上面已經(jīng)得到的幾個公式,可以得到:
到此為止,則完成了整個有關反饋網(wǎng)絡的設計過程。
實驗結果
根據(jù)以上反饋控制電路的具體設計方法及上述數(shù)據(jù)采用HSpice進行仿真,仿真結果如圖4所示。認真觀察后,從系統(tǒng)波形上就不難發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)具有明顯的穩(wěn)定性和可靠性。
圖4工作于DCM或CCM電流模式波特圖
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