控制环路设计原则
控制环路设计
开关电源控制环设计资料来源：Switching power supply control loop design(ASTEC-Application Note 5)译者：smartway1. 绪论在开关模式的功率转换器中，功率开关的导通时间是根据输入和输出电压来调节的。
因而，功率转换器是一种反映输入与输出的变化而使其导通时间被调制的独立控制系统。
由于理论近似，控制环的设计往往陷入复杂的方程式中，使开关电源的控制设计面临挑战并且常常走入误区。
下面几页将展示控制环的简单化近似分析，首先大体了解开关电源系统中影响性能的各种参数。
给出一个实际的开关电源作为演示以表明哪些器件与设计控制环的特性有关。
测试结果和测量方法也包含在其中。
2. 基本控制环概念2.1 传输函数和博得图系统的传输函数定义为输出除以输入。
它由增益和相位因素组成并可以在博得图上分别用图形表示。
整个系统的闭环增益是环路里各个部分增益的乘积。
在博得图中，增益用对数图表示。
因为两个数的乘积的对数等于他们各自对数的和，他们的增益可以画成图相加。
系统的相位是整个环路相移之和。
2.2 极点数学上，在传输方程式中，当分母为零时会产生一个极点。
在图形上，当增益以20dB 每十倍频的斜率开始递减时，在博得图上会产生一个极点。
图1举例说明一个低通滤波器通常在系统中产生一个极点。
其传输函数和博得图也一并给出。
2.3 零点零点是频域范围内的传输函数当分子等于零时产生的。
在博得图中，零点发生在增益以20dB每十倍频的斜率开始递增的点，并伴随有90度的相位超前。
图2描述一个由高通滤波器电路引起的零点。
存在第二种零点，即右半平面零点，它引起相位滞后而非超前。
伴随着增益递增，右半平面零点引起90度的相位滞后。
右半平面零点经常出现于BOOST和BUCK-BOOST转换器中，所以，在设计反馈补偿电路的时候要非常警惕，以使系统的穿越频率大大低于右半平面零点的频率。
右半平面零点的博得图见图3。
基于tl431的控制环路设计
基于tl431的控制环路设计基于TL431的控制环路设计引言：控制环路是电子系统中常见的一种设计方法，用于实现对某个系统的控制和调节。
在电源电路设计中，基于TL431的控制环路常被应用于电压稳压器的设计中。
TL431是一种可调节精度较高的电压参考源，可以用于实现电源电压的精确调节和稳定。
本文将详细介绍基于TL431的控制环路的设计原理和步骤。
一、TL431的工作原理：TL431是一种三端可调节精密稳压器，其工作基于比较器的原理。
它内部包含一个精密的参考电压源，通过比较输入电压和参考电压的大小，控制输出端的电流来实现电压的精准调节。
当输入电压高于参考电压时，输出电流增大，使得输出电压下降；当输入电压低于参考电压时，输出电流减小，使得输出电压上升。
通过不断调节输出电流，TL431可以实现对电源电压的稳定调节。
二、基于TL431的控制环路设计步骤：1. 确定电源电压调节范围和稳定要求：根据具体应用需求，确定电源电压调节的范围和所需的稳定性。
这将为后续的控制环路设计提供基础。
2. 选择参考电压：根据电源电压调节范围和稳定要求，选择合适的参考电压。
一般情况下，参考电压取电源电压调节范围的中间值，以保证在整个范围内都能实现较好的稳定性。
3. 设计反馈网络：根据所选择的参考电压和稳定要求，设计反馈网络来确保输出电压稳定。
反馈网络一般由电阻和电容组成，可根据需要选择合适的数值。
4. 设计误差放大器：误差放大器用于放大输入电压和参考电压之间的差异，以控制TL431的输出电流。
误差放大器一般由一个比较器和一个放大器组成，可以使用运算放大器等器件实现。
5. 设计输出级：输出级一般由功率晶体管组成，用于提供足够的输出电流来驱动负载。
根据负载的电流需求，选择合适的功率晶体管，并设计合适的驱动电路。
6. 进行仿真和优化：在完成上述设计后，使用电子电路仿真软件对整个控制环路进行仿真和优化。
通过仿真可以验证电路的性能，优化参数以满足设计要求。
最不利环路的确定原则-概述说明以及解释
最不利环路的确定原则-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述环路是指一个系统内部信号在不同的路径上形成闭合回路，这种回路会对系统的稳定性产生一定的影响。
在系统设计中，确定最不利环路是十分重要的，因为它可以帮助我们更好地了解系统的稳定性及其特性，并在必要时进行优化和改进。
本文的目的是探讨确定最不利环路的原则，并讨论其在系统设计中的重要性。
我们将首先介绍环路的概念和意义，接着详细分析环路对系统稳定性的影响。
然后，我们将介绍确定最不利环路的方法，并总结出最不利环路的确定原则。
最后，我们将讨论应用最不利环路原则的重要性，以及展望未来研究方向。
通过深入研究最不利环路的确定原则，我们可以更好地理解系统的运行机制，并找到系统中潜在的问题和改进的空间。
这对于提升系统的稳定性、性能和可靠性具有重要意义。
在现代科技迅速发展的时代背景下，最不利环路的确定原则的研究及其应用将成为未来系统设计和优化的重要方向。
因此，本文旨在通过对最不利环路的确定原则进行全面的分析和总结，为系统设计师提供实用的指导和建议。
希望读者通过阅读本文，能够深入了解最不利环路的概念及其在系统设计中的应用，从而为实际工作提供有益的参考。
1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
下面将对每个部分的内容进行简要介绍。
引言部分将对本文的主题进行概述，介绍环路的概念和意义。
首先，我们将解释环路在系统中的作用和重要性，以及环路对系统稳定性的影响。
然后，我们将说明文章的结构和目的，为读者提供文章阅读的导引。
正文部分将详细讨论环路的概念和意义，以及其对系统稳定性的影响。
首先，我们将介绍环路的定义和特点，帮助读者理解环路在系统中的含义。
然后，我们将探讨环路对系统稳定性的影响，包括环路可能导致的负面效应和问题。
最后，我们将介绍最不利环路的确定方法，指导读者在实践中如何确定系统中最不利的环路。
结论部分将总结最不利环路的确定原则，并讨论应用最不利环路原则的重要性。
连续导通型pfc控制环路设计
连续导通型PFC的控制环路设计ICE1PCS01控制IC给出了一种全新的连续电流导通型(CCM)的控制方式，给出了全新的控制电路。
与传统连续导通型PFC方式相比，它不用直接从AC线路检测正弦信号作为参考信号，采用平均电流控制方式实现单位功率因数。
本文我们介绍和提供模型及工具以改善控制环路的特性, 我们的目的不仅要确保在窄的带宽下实现功率因数，还要给出足够的相移区域，以确保系统在整个工作范围内能稳定工作。
1,介绍传统的二极管整流放在电子设备前端，以从线路上获得决定于线路电压的脉冲电流。
产生的辐射及传导的电磁辐射导致供电系统变坏。
为此IEC61000-3-2的谐波调整采用有源功率因数较正电路的方法于近年流行。
对小功率的(200W)，断续导通型(DCM)的PFC更适用。
其本钱低廉，它仅有一个控制环, 即电压环。
在其控制方框电路中，设计容易也较简单, 但其固有的大电流纹波使得DCM方式无法用于更大功率。
在大功率应用中, 连续电流型(CCM)的PFC更为适宜。
图1 DCM和CCM的工作原理图2 ICE1PCS01的应用电路在传统的CCM方式中，有两个控制环，称作电压环和电流环的传输函数。
因此，CCM的控制电路IC引脚很多，我们今天介绍的ICE1PCS01那么仅有8个引脚, 而且各种保护特色都集成进去，成为新一代PFC控制器的典型作品。
其等效电路及应用电路如图2。
我们看到它不直接检测正弦波信号给IC, 在此控制环的补偿设计中仅有一个环路。
详细分析如下:2, 电压环补偿控制环路方框图如图3, 共有四个方框, 误差放大器G1(S)，IC的PWM调制器G2(S), 升压变换器的功率级G3(S)及反应检测G4(S)。
图3 电压控制环的方框电路2.1反应G4(S)反应方框是一个简单的电阻分压器，用于监视大Bulk电容上的输出电压，电路如图4所示。
2.2误差放大器补偿G1(S)图4 G4的反应电路图5 误差放大器的补偿回路误差放大器补偿电路示于图(5)，传输函数为：此处g OTA1为OTA1的跨导，典型为42uS 。
开关电源控制环路设计
开关电源控制环路设计前馈环节通常由开关电源的输出电压或电流采样电路、误差放大器、比较器和PWM控制器等组成。
开关电源的输出电压或电流通过采样电路进行实时的电压或电流测量，并将测量值与设定值进行比较。
误差放大器将比较器输出的误差信号放大，并输出给PWM控制器。
PWM控制器根据误差信号调整开关管的导通和关断时间，从而控制开关电源输出电压或电流的稳定性。
反馈环节通常由输出电压或电流反馈回路组成。
反馈回路通过将开关电源输出电压或电流与参考电压或电流进行比较，得到误差信号，并将其输入到前馈环节的比较器中。
反馈环节的作用是通过不断地调整开关电源的工作状态，使输出电压或电流尽量接近设定值，并抵消部分外部环境的影响，以保持开关电源稳定工作。
在开关电源控制环路设计中，需要考虑诸多因素。
首先是前馈环节的设计。
前馈环节应具有高增益和低失真的特性，能够准确地将输出电压或电流的变化转换为误差信号，并将其输出给PWM控制器。
其次是PWM控制器的设计。
PWM控制器应能够按照误差信号的大小和方向，精确地调整开关管的导通和关断时间，并保持开关电源输出电压或电流的稳定性。
最后是反馈环节的设计。
反馈环节应能够准确地测量开关电源的输出电压或电流，并将其输入到前馈环节的比较器中。
同时，反馈环节还需考虑去除噪声和抑制振荡等问题，以保证闭环控制系统的稳定性和可靠性。
开关电源控制环路设计的关键是要平衡稳定性和动态响应速度。
稳定性是指开关电源在加载变化或输入电压波动等情况下，输出电压或电流能够尽快地恢复到设定值并保持稳定；而动态响应速度则是指开关电源对设定值的变化能够迅速地响应。
在设计中，需要根据具体的应用需求和制约条件，选择合适的控制算法、滤波器和补偿网络等，以使开关电源控制环路设计达到较好的稳定性和动态响应速度。
总之，开关电源控制环路设计是一个复杂而关键的任务。
它需要综合考虑前馈环节、反馈环节以及稳定性和动态响应速度等因素，以实现开关电源的稳定性和输出精度要求。
DCDC培训资料2
要点二
详细描述
DC/DC转换器控制原理是通过调节开关的占空比，将 输入电压变换成所需的输出电压。控制策略包括电压模 式控制和电流模式控制两种主要方式，其中电压模式控 制具有简单、响应速度快等优点，但存在负载效应和输 出电压交叉调整率的问题；电流模式控制则可以消除负 载效应，提高系统性能，但电路实现较为复杂。
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技术发展趋势及市场前景分析
高可靠性及长寿命
DC/DC转换器在许多重要领域都有应用， 如航空航天、工业控制、数据中心等。这些 领域对DC/DC产品的可靠性和寿命要求非 常高。因此，提高DC/DC产品的可靠性和 寿命是未来发展的重要方向之一。
智能化及数字化
随着数字化时代的到来，智能化和数字化成 为了电子设备的重要特征。DC/DC转换器
系统集成与测试
将DC/DC转换器与其他电路 集成，并进行性能测试和验证 。
设计输入和输出参数的确定
输入电压范围
根据应用需求，确定DC/DC转换器的输入 电压范围。
负载特性
根据应用需求，确定DC/DC转换器的负载 特性，如阻性负载、感性负载等。
输出电压和电流
根据应用需求，确定DC/DC转换器的输出 电压和电流。
数字控制技术
数字控制技术是实现高效能转换的关键技术之一。未来，研究数字控制技术将会成为 DC/DC转换器发展的重要方向之一。通过引入先进的数字信号处理和控制算法，实现更精 确的控制和更优化的运行，提高设备的性能和可靠性。
智能化及数字化技术
智能化和数字化技术将会成为DC/DC转换器未来发展的重要方向之一。通过引入人工智能 、机器学习等技术手段，实现设备的自主控制和智能管理，提高设备的智能化程度和自动 化水平。
串联校正系统设计
串联校正系统设计引言：串联校正系统（Cascade Control System）是一种常用的控制系统结构，通过将多个控制环路串联在一起，实现更高级别的控制和优化。
本文将介绍串联校正系统的设计原则和步骤。
一、设计原则：1. 目标一致性：各个控制环路的目标必须要一致，以确保系统能够整体协调运作。
2. 层次化：将系统分为多个层次，每个层次对应一个控制环路，上层环路控制下层环路的设定值，下层环路控制具体的执行。
3. 校正器选择：选择合适的校正器，使得系统的动态响应满足要求，同时保持稳定性。
二、设计步骤：1. 确定系统层次：根据实际需求和系统结构设计，确定系统的层次结构。
2. 确定各个环路：根据系统的层次结构，确定每个层次对应的控制环路，包括上层环路和下层环路。
3. 设定目标：对于每个环路，设定合适的目标，如温度、压力等。
4. 设定环路连接方式：根据系统的工作原理和目标要求，确定各个环路之间的连接方式，可采用级联、串联等方式。
5. 设计校正器：根据系统的特点和要求，选择合适的校正器，如PID控制器、模型预测控制器等。
6. 参数调整：对于每个环路的校正器参数进行调整，使得系统的动态响应满足要求，同时保持稳定性。
7. 系统测试：对整个系统进行测试，验证设计的可行性和有效性，并进行必要的调整和优化。
三、示例：以温度控制系统为例，设计一个串联校正系统。
系统包含三个环路，分别是室内温度环路、供水温度环路和供水流量环路。
1. 确定系统层次：系统的层次结构为：室内温度环路（上层环路）→供水温度环路（中层环路）→供水流量环路（下层环路）。
3. 设定目标：室内温度环路的目标设定为25摄氏度，供水温度环路的目标设定为60摄氏度，供水流量环路的目标设定为10L/min。
4. 设定环路连接方式：采用级联连接方式，上层环路控制下层环路的设定值。
5. 设计校正器：对于每个环路，选择合适的校正器。
如室内温度环路可以使用PID控制器，供水温度环路可以使用模型预测控制器。
数字控制pfc电路的建模与环路设计
数字控制PFC（Power Factor Correction）电路是一种用于提高电源系统功率因数的技术。
在这篇文章中，我将深入探讨数字控制PFC电路的建模与环路设计，并共享我对这一主题的个人观点和理解。
一、数字控制PFC电路的重要性在现代电力系统中，高功率因数对于提高能源利用率和减少能源浪费至关重要。
数字控制PFC电路能够有效地改善电力系统中的功率因数，减少谐波失真，并提高系统的稳定性和效率。
对数字控制PFC电路的建模与环路设计是至关重要的。
二、数字控制PFC电路的建模1. 理想模型与实际模型在建模数字控制PFC电路时，我们首先需要区分理想模型和实际模型。
理想模型可以帮助我们更好地理解数字控制PFC电路的基本工作原理，而实际模型则需要考虑诸如元件损耗、非线性特性以及环境变化等因素的影响。
2. 建立数学模型建立数字控制PFC电路的数学模型是非常复杂的，需要考虑电压、电流、功率因数等多个因素的相互作用。
通过数学模型，我们可以对数字控制PFC电路的动态响应和稳定性进行分析，并进一步优化控制策略。
三、数字控制PFC电路的环路设计1. 电流环路设计电流环路是数字控制PFC电路中最关键的部分之一，它直接影响着输出电压的稳定性和谐波失真的程度。
在电流环路设计中，需要考虑电流控制技术、采样频率、滤波器设计等因素，以实现精确的电流控制和减小谐波失真。
2. 电压环路设计电压环路在数字控制PFC电路中起着监测和调节输出电压的作用。
通过合理的电压环路设计，可以实现快速的电压动态响应和稳定的输出电压。
四、个人观点和理解数字控制PFC电路的建模与环路设计是一项极具挑战性的工作，需要综合考虑电力电子、控制理论和数学建模等多个领域的知识。
对于我来说，深入研究数字控制PFC电路的建模与环路设计不仅可以拓展我的专业知识，还能够帮助我更好地理解和应用电力电子技术。
总结通过本文对数字控制PFC电路的建模与环路设计的探讨，我们可以清晰地了解数字控制PFC电路的重要性、建模方法、环路设计原则以及个人观点和理解。
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反激型电源中的控制环路的设计
经常主电路是根据应用要求设计的，设计时一般不会提前考虑控制环路的设计。
假设主功率部分已经全部设计完成，然后来探讨环路设计。
环路设计一般由下面几过程组成：
1）根据实际要求和各限制条件确定带宽频率，既增益曲线的0dB 频率。
2）画出已知部分的频响曲线。
3） 根据步骤1）确定的带宽频率决定补偿放大器的类型和各频率点。
使带宽处的曲线斜率为－1,画出整个电路的频响曲线。
首先我们应该明白系统稳定的要求：
1．在截止频率Fco(开环增益为1)处，总开环相位延迟必须小于180度，一般留
有45度裕量。
2．为防止-2的增益斜率的电路相位快速变化，系统的开环增益曲线在Fco 附近
的斜率应为-1。
系统的各部分框图如下：
图1
上图包括了一下几个模块，其中：
ˆˆV V G K EA ，为误差放大器传递函数；
R
E OC V V A ˆˆ'=，光耦电路的增益； C
VC V V G ˆˆ0=，控制电压到输出电压的传递函数 已知部分的频响曲线是指除G EA (补偿放大器)外的所有部分的乘积，在BODE 图上是相加。
首先确定剪切频率F CO 。
环路带宽当然希望越高越好，但受到几方面的限制：a)为了保证系统稳定，根据采样定理，剪切频率F CO 必须小于开关频率的1/2，但实际上，F CO 必须远远小于开关频率的1/2，否则在输出中将会有很大的纹波。
b)如果电路工作在CCM 模式下，则存在着右半平面零点（RHZ ）。
这个零点的影响，RHZ 随输入电压，负载，电感量大小而变化，几乎无法补偿，我们只有把带宽设计的远离它，一般取其1/4-1/5；c)补偿放大器的带宽不是无穷大，当把环路带宽设的很高时会受到补偿放大器无法提供增益的限制，及电容零点受温度影响等。
所以一般实际带宽取开关频率的1/6-1/10。
选定F CO 后，在F CO 处的T （总体传函）的增益为0，则G EA 在F CO 处的增益必须为G VC A OC 在此处增益的倒数。
然后确定除G EA (补偿放大器)外的所有部分，即系统的除G EA 的传递函数。
如果我们采用的3845的电流型控制模式，部分电路图如下：
图2
则在CCM 下，系统的传函如下：
s D R C s D R L Dn n D D R R R R CTR G A T o F o o i VC
OC +⋅+'-+-⋅==111*)1()1(11221 在实际应用中，会有一个由输出电容的ESR 引起的零点，则此时，系统的传递函数如下：
s D R C s C R s D R L Dn n D D R R R R CTR G A T o F F C o o i VC
OC +⋅+'-+-⋅==1111*)1()1(11221）＋）（（ 其中的参数含义如下：
CTR 为TL431的电流传输比，R 3位置如上图所示，R 为TL431内部电阻，等级为K 级，R i 为电流采样电阻，R 0为负载电阻，R C 为输出电容的ESR ， C F 为次级滤波电容，L P 为初级电感，n 为变压器次级匝数与初级匝数比， )/(O g O V nV V D +=为电路稳定工作时的占空比，V 0为电路的输出电压，V g 为输
入电压的有效值，D ’为（1－D ）。
画出此部分的bode 图，如下：
图3
它的极点位置为π21⋅⋅+o F R C D ，零点位置为：π21⋅F C C R 和π
222⋅'L Dn D R o 。
后一个零点为右半频面零点，通常这个零点的频率都比较大，其由上文可知，我们的截止频率一般选择这个零点的1/4-1/5，即我们的截止频率选择在我们的水平段。
对于电流型控制系统，在开关频率的半频处，有两个极点，但是它们离截止频率很远，对我们的设计基本没有影响。
此时，分两种情况，与接下来讨论的DCM 模式下情况类似，下文一并讨论。
在DCM 下，系统的传递函数为：
s
C R s C R R T R KL R R CTR G A T F F C i P VC OC 0011)1(121++⋅⋅⋅== 其中参数的含义如下：
除与CCM 相同部分外，K 为效率，T 为开关的频率。
画出已知部分的频响曲线（EFGH ）。
如下图所示：
图4
一般来说，DCM的截止频率选择开关频率的1/6-1/10，CCM的截止频率选择为右半平面零点的1/4~1/5处，均高于由输出电容的ESR引起的零点，此时，G VC A OC在处的斜率是水平的，由于总增益T在F CO处的斜率应为－1，而所以G EA 在P2处的斜率必须为－1。
接下来我们针对上述两种情况来设计控制器。
分两种情况考虑，如果输出电容的ESR比较大，自身阻容形成的零点比较低，这样在截止频率处的相位滞后比较小。
所以可以直接用单极点补偿，其bode图如P5-P3-P2所示，这样可满足-1的曲线形状。
省掉图2补偿部分的R5，C1。
选择C2的值，使G EA在F CO处的增益P2点必须为G VC A OC在此处增益的倒数。
如果输出电容的ESR较小，自身阻容形成的零点比较高，这样在F CO处的相位滞后比较大。
如果还用单极点补偿，则F CO处相位裕量一般偏小。
用2型补偿来提升，如图4中的P4-P3-P2所示。
三个点的选取，第一个极点在原点，第一
的零点P4一般取在带宽的1/5左右，此零点越低，相位提升越明显，但太低了就降低了低频增益，使输出调整率降低。
第二个极点P3的选取是否精确不是关键，一般应低于ESR 零点，用它来抵消ESR 零点，使截止频率处保持-1 的形状。
水平部分（P3~P4）增益值可知（为R5/R D1），这样，R5的值就可以确定，再根据P3极点和R5的值就可以确定C2的值。
（52/12R F C P π=，F P 是P3点的频率）增益曲线沿水平线延伸，在点P4处引入一个零点，以增加低频增益和提供超前相位。
在P5点，零点的频率不是精确的，它大概为极点频率的1/10。
这样就可以确定C1的值。
(Z F R C 52/11π=，F Z 是P4点的频率)。