带有次级LC滤波器的电流模式降压转换器的建模与控制

  作者:Ricky Yang 时间:2018-11-22来源:电子产品世界

  控制至输出增益

  当电流环路闭合时,会产生一个新的控制至输出的传递函数。由此产生的控制至输出的传递函数(见附录I中的公式19)表现为具有一个主极点(ωp)和两对复数共轭极点(ωl和ωh)的五阶系统。主极点主要取决于负载电阻RL、C1,和C2。频率较低的一对共轭极点由L2、C1和C2确定,而频率较高的一对共轭极点位于开关频率的1/2处。此外,C1的ESR和C2的ESR分别影响两个零点。

  图4显示了具有不同外部斜坡值的控制至输出的环路增益图。与传统的电流模式降压转换器相比,在带有次级LC滤波器的电流模式降压转换器的控制至输出的增益中增加了一对复数共轭极点(ωl)。额外的谐振极点可以提供最大可达180°的额外的相位延迟。相位裕量将急剧下降,即便使用III型补偿系统也会很不稳定。此外,图4清楚地显示了随着斜率补偿的增加,从电流模式控制到电压模式控制的转换。

  图4.降压转换器的控制至输出的传递函数

  混合反馈方法

  本文将介绍一种新的混合反馈结构,如图5(a)所示。混合反馈的构思是通过利用来自初级LC滤波器的附加电容反馈来稳定控制环路。从输出端经过电阻分压器的外部电压反馈定义为远程电压反馈,而经过电容器CF的内部电压反馈将在下文中定义为本地电压反馈。远程反馈和本地反馈在频域上承载不同的信息。具体而言,远程反馈检测低频信号以便提供良好的直流输出调节,而本地反馈检测高频信号以便为系统提供良好的交流稳定性。图5(b)显示了对应于图5(a)的简化小信号框图。

  图5.使用所提出的混合反馈方法的电流模式降压转换器,图(a)所示为电路图,图(b)所示为小信号模型。

  反馈网络的传递函数

  由此产生的混合反馈结构的等效传递函数(见附录II中的公式31和公式32)与传统电阻分压器反馈的传递函数明显不同。新的混合反馈的传递函数零点比极点更多,并且额外的零点将在由L2和C2确定的谐振频率处产生180°的相位提前。因此,利用混合反馈方法,控制至输出的传递函数中的附加相位延迟将通过反馈传递函数中的附加零点进行补偿,这可以实现基于整个控制至反馈的传递函数的补偿设计。

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关键词: 滤波器 LC

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