電源適配器環路設計及控制技術探討

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電源適配器環路設計及控制技術探討

由于平板電腦電源適配器缺乏控制理論方面的知識在剛接觸反饋環路的時候對其中的很多名詞不是很明白，這次準備采用圖解的方法逐一的搞清楚這些名詞并且試圖找出一種便捷的設置零、極點的方法。大家可以分享。共同探討，進步。

在經典控制理論中經常看到PID控制（比例、積分、微分），這三者是獨立的互不影響的所以容易調節。零極點的方法同PID有異曲同工之妙，如果有被控系統的精確模型那么只要在bode圖上移動零極點并采用加減運算就能得出較理想的控制效果，貌似比PID還簡單（PID的優點是無需被控系統的模型）。如何理解零極點、雙重零極點、斜率-1過穿越頻率、條件穩定、1/2fs采樣定理等等將是首先探討的問題。

采樣頻率和被控對象的數學模型有什么必然的聯系？PID中的參數因相互獨立容易實現“盲調”，比如工程上不容易建模，被控對象又不復雜的，經常會采用如下口訣
參數整定找最佳，從大到小順序查
先是比例后積分，最后再把微分加
曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大
曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳
曲線偏離回復慢，積分時間往下降
曲線波動周期長，積分時間再加長
曲線振蕩頻率快，先把微分降下來
動差大來波動慢。微分時間應加長
理想曲線兩個波，前高后低4比1
一看二調多分析，調節質量不會低

圖1-1-1 單極點1—RC低通濾波器
單極點的特性如圖1-1-1所示可用一個RC低通濾波器來表述。隨著輸入信號頻率的增加輸出的電壓幅值不斷下降相位逐漸逼近-90度（相位滯后）。
符合這一特性的還有LR低通濾波器，見下圖：

圖1-1-2 單極點2—LR低通濾波器
從兩張圖可以看出極點的特性是使信號幅值發生衰減這對系統穩定有益，不過相位滯后不利于系統穩定。從bode圖上看極點就是使增益曲線發生順時針旋轉的拐點，從公式上看就是能使分母等于零從而得到一個極大值（后面提到的原極點會比較明顯）。

如果將圖1-1-1和圖1-1-2串聯起來使用對幅值的衰減能力更強，其幅頻特性和相頻特性曲線如下：

圖1-1-3中紅色曲線為單極點藍線虛線為兩個單極點串聯，串聯后幅頻曲線由斜率-1變為了斜率-2，相位由-90度滯后為-180度，這就是雙極點的特性。
一般電路中的雙極點是由LC電路產生的，理想的不帶寄生電阻的LC雙極點圖如下：

在圖1-1-1中如果電容取無窮大（或RC無窮大）其極點頻率fp=1/(2πRC)將無限接近于零，變成了過零點的極點——零極點（或稱原極點）。這時RC電路無限接近于積分電路，在實際補償環路中一般就是用積分電路來實現的零極點。

從公式上看當頻率f=0時分母等于零傳遞函數的增益無窮大，所以零極點可以用來提升靜態增益（零頻增益）。在補償環路中零極點一般是必須和首先增加的環節。

零點的特性剛好跟極點相反，對信號的幅值進行放大同時相位產生+90度偏移（相位超前），前者不利于系統穩定后者有益于系統穩定。由于要對信號進行放大所以單零點電路要借助于運放來搭建。

如圖1-2-1從bode圖上看零點就是增益曲線發生逆時針旋轉的拐點，從公式上看零點在分子上可以使方程得到零值。
圖1-2-1中的電路兩個串聯就構成了雙零點電路，幅頻特性和相頻特性曲線如下：

如果將圖1-1-1的單零點和圖1-2-1的單極點串聯起來使用結果會如何？

圖1-2-3 零點、極點重合
圖1-2-3顯示當零、極點重合后輸出信號和輸入信號一致不發生任何改變。從這里可以得出一個結論：極點可用零點來補償零點可用極點來補償，雙極點可用雙零點來補償。

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| 發布時間：2019.03.23 來源：電源適配器廠家

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