带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析
带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析
带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析双闭环反激式开关电源是一种常用的电源拓扑结构，它通过光耦将反馈信号隔离开来，提高了系统的稳定性和可靠性。
下面将对带光耦的双闭环反激式开关电源进行小信号模型分析。
首先，我们需要了解双闭环反激式开关电源的基本原理。
该电源由两个闭环组成，分别是输入参考闭环和输出参考闭环。
在输入参考闭环中，输出电压通过反馈电路与输入电压进行比较，然后根据比较结果控制开关管的开关时间，从而实现对输出电压的调节。
在输出参考闭环中，输出电压与参考电压进行比较，再根据比较结果反馈到输入参考闭环中，形成一个闭环控制系统。
小信号模型分析是一种通过线性化的方式对非线性系统进行分析的方法。
对于双闭环反激式开关电源，我们可以将其分解为输入参考闭环和输出参考闭环的小信号模型，然后再将两个模型串接起来进行分析。
首先，我们来分析输入参考闭环的小信号模型。
假设输入电压为Vin，输出电压为Vout，开关管的导通时间为DT。
根据开关电源的原理，我们可以将其简化为一个比例放大器和一个开关模型的级联。
在比例放大器中，我们可以将输出电压表示为输入电压的放大倍数乘以一个增益，即Vout = A*Vin。
在开关模型中，我们可以将其表示为一个斜率为-1/DT，幅值为Vin/DT的脉冲信号。
将两个模型串接起来，可以得到输入参考闭环的小信号模型。
接下来，我们来分析输出参考闭环的小信号模型。
假设输入电压为Vref，输出电压为Vout，比例放大器的增益为KA，另外还有一个积分控制器。
在输出参考闭环中，我们可以将输出电压表示为输入参考电压的放大倍数乘以一个增益，再加上积分器的输出电压，即Vout = KA*Vref +1/s*Vi。
其中，Vi为积分器的输入电压。
将输出参考闭环的小信号模型与输入参考闭环的小信号模型进行串接，可以得到整个双闭环反激式开关电源的小信号模型。
对于该小信号模型，我们可以进行频域分析和时域分析。
在频域分析中，可以通过计算幅频特性和相频特性来评估系统的稳定性和频率响应。
电源设计中的小信号分析
电流采样与隔离（ALLEGRO传感器模式）
ACS7XX
小信号之硬件电路
电流传感器内部结构
小信号之硬件电路
电流采样模式对比
传统“分流器+光耦”模式 1、电路复杂 2、反应速度快 3、大电流容易烧坏分流器 4、电路调试复杂 5、噪音干扰大
VS
ALLEGRO传感器模式 1、电路简单 2、反应速度快 3、稳定性高、寿命长 4、噪音干扰小
小信号之反馈环路
Vin
Power stage
Vout
Duty Cycle d(t)
Error Amplifier
PWM
Vref
小信号之硬件电路
过欠压采样电路 分流器分压电压采样。如下图：
小信号之硬件电路
回差电路（迟滞比较器） u o R ui U+
R1
uo
+Uom
－+ +
R2
U+L
0
谢谢大家！
-Uom
U+H
ui
R1 Uom U+H= R1 + R 2 R1 Uom U + L= - + R1 R 2
U+H上门限电压
U+L下门限电压 U+H - U+L称为回差
小信号之硬件电路
回差电路应用实例
小信号之硬件电路
电压环路设计
小信号之硬件电路
电流采样与隔离（传统模式）
AO3400
小信号硬件电路
小信号之环路信号处理
（b）类环路补偿方式是目前最常用 的补偿方式，该补偿网络产生一个 S=0(DC)极点。通常负载及滤波电 容会产生一个低频ESR零点，所以补 偿网络需要产生一个极点，而且必 须位于系统带宽以内来维持系统稳 定。
小信号模型及环路设计
开关电源的小信号模型及环路设计文章作者：万山明吴芳文章类型：设计应用文章加入时间：2004年8月31日22:9文章出处：电源技术应用摘要：建立了Buck电路在连续电流模式下的小信号数学模型，并根据稳定性原则分析了电压模式和电流模式控制下的环路设计问题。
关键词：开关电源；小信号模型；电压模式控制；电流模式控制引言设计一个具有良好动态和静态性能的开关电源时，控制环路的设计是很重要的一个部分。
而环路的设计与主电路的拓扑和参数有极大关系。
为了进行稳定性分析，有必要建立开关电源完整的小信号数学模型。
在频域模型下，波特图提供了一种简单方便的工程分析方法，可用来进行环路增益的计算和稳定性分析。
由于开关电源本质上是一个非线性的控制对象，因此，用解析的办法建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型，而用该模型来解释大范围的扰动（例如启动过程和负载剧烈变化过程）并不完全准确。
好在开关电源一般工作在稳态，实践表明，依据小信号扰动模型设计出的控制电路，配合软启动电路、限流电路、钳位电路和其他辅助部分后，完全能使开关电源的性能满足要求。
开关电源一般采用Buck电路，工作在定频PWM控制方式，本文以此为基础进行分析。
采用其他拓扑的开关电源分析方法类似。
1 Buck电路电感电流连续时的小信号模型图1为典型的Buck电路，为了简化分析，假定功率开关管S和D1为理想开关，滤波电感L为理想电感（电阻为0），电路工作在连续电流模式（CCM）下。
Re为滤波电容C的等效串联电阻，Ro为负载电阻。
各状态变量的正方向定义如图1中所示。
S导通时，对电感列状态方程有L(dil/dt)=Uin－Uo （1）S断开，D1续流导通时，状态方程变为L(dil/dt)=－Uo （2）占空比为D时，一个开关周期过程中，式（1）及式（2）分别持续了DTs和（1－D）Ts的时间（Ts为开关周期），因此，一个周期内电感的平均状态方程为L(dil/dt)=D(Uin－Uo)＋(1－D)(－Uo)=DUin－Uo （3）稳态时，=0，则DUin=Uo。
反激电源小信号分析-20110513
反激电源反馈补偿环节的传递函数
IF
^
V VF VZ VF R4 R5
v( s ) v Z ( s ) R4
^ ^
i F ( s)
v Z ( s ) v( s )
^
^
( R3
1 1 ) // 1 sR3C1 sC1 sC2 ^ v( s ) sR C C R1 sR1 (C1 C2 )(1 3 1 2 ) C1 C2 C2 C1
取R3=2k Ω。
f cz f cp
1 2R3C1 1 2R3C2
C1
1 119.4nF 2R3 f cz
C2
1 13.3nF 2R3 f cp
反激电源反馈环路设计实例
• 确定反馈补偿环节的C1、C2、R3 以上计算过程并不精确，要通过调整使得系统开环传递函数满足稳定 的三个条件，推荐使用MATLAB的SISOTOOL进行调整。 最后取值为R1=1.2k，C1=100nF，C2=15nF。
反激电源反馈环路设计实例
• 反馈补偿环节传递函数的波特图
反激电源反馈环路设计实例
• 系统开环传递函数的波特图
反激电源小信号分析
唐益宏
2011-5
目录
• 反激电源电路框图 • 反激电源小信号模型
• 反激电源功率级的传递函数
• 反激电源反馈补偿环节的传递函数
• 反激电源反馈环路设计实例
反激电源电路框图
ig T1 D1 + L vg i C Q R1 Np Ns Rc R v
Rs d RS Latch Clock 调制器
Aadd 10
Gadd 20
1.34
• 确定反馈补偿环节的零点和极点频率
开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计
不妨设电压环带宽远低于电流环，则在分析电流环时Vcv为常数。当Vc的上升斜率等于三角波斜率时，在开关频率fs处,电流误差放大器的增益GCA为
GCA=GCA(Vo/L)Rs=Vsfs（18）
GCA=/(Rs)=VsfsL/(UoRs)（19）
开关电源（Buck电路）的小信号模型及环路设计
0 引言
设计一个具有良好动态和静态性能的开关电源开关电源时，控制环路的设计是很重要的一个部分。而环路的设计与主电路的拓扑和参数有极大关系。为了进行稳定性分析，有必要建立开关电源完整的小信号小信号数学模型。在频域模型下，波特图提供了一种简单方便的工程分析方法，可用来进行环路增益的计算和稳定性分析。由于开关电源本质上是一个非线性的控制对象，因此，用解析的办法建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型，而用该模型来解释大范围的扰动（例如启动过程和负载剧烈变化过程）并不完全准确。好在开关电源一般工作在稳态，实践表明，依据小信号扰动模型设计出的控制电路，配合软启动电路、限流电路、钳位电路和其他辅助部分后，完全能使开关电源的性能满足要求。开关电源一般采用Buck电路，工作在定频PWM控制方式，本文以此为基础进行分析。采用其他拓扑的开关电源分析方法类似。
由式（11），式（12）得
=Uin （13）
=· （14）
式(13)，式(14)便为Buck电路在电感电流连续时的控制－输出小信号传递函数。
2 电压模式电压模式控制（VMC）
电压模式控制方法仅采用单电压环进行校正，比较简单，容易实现，可以满足大多数情况下的性能要求，。
L=D(Uin－Uo)＋(1－D)(－Uo)=DUin－Uo （3）
稳态时，=0，则DUin=Uo。这说明稳态时输出电压是一个常数，其大小与占空比D和输入电压Uin成正比。
反激变换器小信号模型Gvd(s)推导__1210
一、反激变换器小信号模型的推导 1.1 DCM1.1.1 DCM buck-boost 小信号模型的推导根据状态空间平均法推导DCM buck-boost 变换器小信号模型如下：+-v in (t)v o (t)一般开关网络图1 1理想Buck-Boost 变换器开关网络1231d d d ++= （1）首先，定义开关网络的端口变量1122,,,v i v i ，建立开关周期平均值1122,,,ssssT T T T v i v i 之间的关系：11()sg T g pk s s v t v i d T d T LL<>==（2）根据工作模态：113()()()0s s s L T g T T v t d v t d v t d <>=<>+<>+ （3）[]11()()()sss t T t T L T L s ttsssdi Lv t v d Ld i t T i t T T d T τττ++<>===+-⎰⎰（4） DCM 下，()()0s i t T i t +==，所以()0s L T v t <>=，结合（3）式：11()()0s s g T T d v t d v t <>+<>= （5）21()(t)=-(t)()s sg T T v t d d v t <><> （6）根据工作模态：1123()()0()(()())()()s s s s T g T T g T v t d t d t v t v t d t v t <>=+<>-<>+<>（7） 消去上式的2d 和3d 得：1()()s s T g T v t v t <>=<> （8）根据工作模态：2123()()(()())()0(())s s s s T g T T g T v t d t v t v t d t d v t <>=<>-<>++-<>（9）消去上式的2d 和3d 得：2()()s s T T v t v t <>=-<> （10）21111111()()()22ss s t T s T pk T tsd T i t i t d i v t T L+<>===<>⎰（11）于是输入端口的方程可表示为：111()()()ss T T e v t i t R d <><>= （12）1212()e sLR d d T =（13） 222111222212()()11()()22()()()ss s s s st T T T s T pk tsT e T v t v t d T i t i t d i T L v t R d v t +<><><>====<><>⎰（14）于是输出端口的输出功率可以表示为：21221()()()()s s s T T T e v t i t v t R d <><><>=（15）可见输出端口的输出功率等于输入端口的输入功率。
反激式开关电源电路分析
1、保险丝（FS1）：电流过大直接断开。
2、热敏电阻（RT1）：温度越高电阻越小。
为了防止上电瞬间电容充电插头处冒火花：由于初次上电温度低电阻大，实现了对开机浪涌电流的抑制。
3、安规电容（CX1）：（1）滤波作用；（2）当电容被击穿则电容内部断开，而一般电容则是短路。
4、扼流圈（TF1）：抑制高频干扰5、安全电阻（ZNR1）：防雷电作用；当输入很高电压时电阻变小，相当于在此处短路，从而保护了后面电路。
6、整流器：进行全波整流，输出220*1.4=308V约300V。
KBP206是600V/2A的整流桥，其内部包含四只二极管，中间两只引脚为交流输入，两边的引脚较长一些的为直流输出的正极，另一个为直流的负极。
注意观察桥堆引脚旁边应该印有符号。
7、EC1电容：滤波使电压输出稳定8、R1与R2：启动电阻；首次上电的时候给SD4870提供微弱电流进行启动。
当芯片首次启动后R1，R2可以不需要，直接用变压器的1,2提供。
9、快速恢复二极管（D5）：反向耐压1000V，由于变压器3点信号幅度是整流后电压的2倍多一点，因此D5用于漏感的释放。
10、R3与C5：吸收漏感11、D6：变压器1-2提供正向电压给芯片工作 12、变压器：电源输入端为初级，其他均为次级。
13、肖特基二极管（DD1）：具有反向恢复时间极短（可以小到几纳秒）；即二极管的导通与断开时间很快。
14、R15与C8：吸收电路辐射15、R9：假负载，可以不要。
16、EC4、L1、EC5：组成π型滤波，使输出纹波减小17、EC3：储能滤波 18、TL431：主要用于做基准源,反馈电压的设定：(R13/(R14+VR1)+1)*2.5=Vo当R13=7.5K的时候，输出最大值(7.5/1.5+1)*2.5=15V输出最小值(7.5/(1.5+1)+1)*2.5=10V19、C6与R12：电路补偿，防止电压立即改变。
如：当电压为12.5V 时不是让光耦立即输出进入7脚反馈，通过补偿电路使得有个缓冲过程。
反激式开关电源设计详解
反激式开关电源设计详解
一、反激式开关电源的结构与工作原理
反激式开关电源（也称为反激变换器）是一种半桥变换器，它由开关
电源的基本组成部件组成，其中包括变压器、控制器IC、开关电源模块、电容器等部件。
反激式开关电源的工作原理是利用反馈信号（也称为反激
信号）来实现开关控制，它可以检测输出电压（也称为反馈电压），并将
其与预设的电压比较，然后根据比较结果改变开合时间，使输出电压保持
稳定，这就是其原理。
另外，反激式开关电源还具有以下特点：
（1）反激式开关电源的效率比直流-直流变换器的效率要高得多，可
以达到90%以上。
（2）反激式开关电源的输入电压范围宽，适用于家用电器的输入，
其输入电压范围可以达到85V~265V，可以兼容不同的地区的电压范围。
（3）反激式开关电源的输出电流调节范围较宽，可以调节电流的幅
度达到一定范围内，以满足家用电器对电流稳定性的要求。
(完整word版)开关电源的小信号建模详解
详解：开关电源的小信号建模开关电源的反馈环路设计是开关电源设计的一个非常重要的部分,它关系到一个电源性能的好坏。
要设计一个好的环路，必须要知道主回路的数学模型，然后根据主回路的数学模型，设计反馈补偿环路.本文想重点介绍下主回路的数学建模方法.首先来介绍下小信号的分析法。
开关电源是一个非线性系统，但可以对其静态工作点附近进行局部线性化。
这种方法称为小信号分析法.以一个CCM模式的BOOST电路为例,其增益为：其增益曲线为:其中M和D之间的关系是非线性的。
但在其静态工作点M附近很小的一个区域范围内，占空比的很小的扰动和增益变化量之间的关系是线性的。
因此在这个很小的区域范围内,我们可以用线性分析的方法来对系统进行分析。
这就是小信号分析的基本思路。
因此要对一个电源进行小信号建模，其步骤也很简单，第一步就是求出其静态工作点，第二步就是叠加扰动,第三步就是分离扰动，进行线性化，第四步就是拉氏变换，得到其频域特性方程，也就是我们说的传递函数。
要对一个变换器进行小信号建模,必须满足三个条件。
首先要保证得到的工作点是“静"态的。
因此有两个假设条件：1，一个开关周期内，不含有低频扰动.因此叠加的交流扰动小信号的频率应该远远小于开关频率.这个假设称为低频假设2，电路中的状态变量不含有高频开关纹波分量。
也就是系统的转折频率要远远小于开关频率.这个假设称为小纹波假设.其次为了保证这个扰动是在静态工作点附近，因此有第三个假设条件:3，交流小信号的幅值必须远远小于直流分量的幅值.这个称为小信号假设。
对于PWM模式下的开关电源,通常都能满足以上三个假设条件，因此可以使用小信号分析法进行建模。
对于谐振变换器来说，由于谐振变换器含有一个谐振槽路。
在一个开关时区或多个开关时区内，谐振槽路中各电量为正弦量,或者其有效成分是正弦量。
正弦量的幅值是在大范围变化的，因此在研究PWM型变换器所使用的“小纹波假设”在谐振槽路的小信号建模中不再适用。
小信号分析
D)
式中:
7
得到的Buck-Boost变换器的各个参数，如表7.1所示，在此不一一介绍。这里指
出工作在连续状态下变换器的小信号标准化模型如图7-1所示。其二次侧接L、C
组成输出滤波器H（s），具有二个储能元件。因此有表7-1中H(S)表示式，该式
第七部分:开关电源的小信号分析和闭环稳定校正
§7.1 常用的电压负反馈 开关电源必需具有某一种反馈。所谓反馈，就是控制量中取样再控制控制 量。这样的控制方法称闭环控制。由于开关电源的控制量是电压值，为此 取样电压值一部分再加入到控制过程中去控制输出电压值。由于再加入时 一定要讲究量和相位，如果是相位相同系统不能工作（等于造成循环放 大，系统输出会最大值）。一般是相位相反，即是－180°加进去。因此称 为负反馈 7.1.1误差放大器是关键元件 开关电源输出电压值的大小，由人的主令指定好，一般主令是模拟电压值 或数字电压值。主令值是标杆，此值越精准，调节分辨率越高，输出电压 值也越准确。上述的取样电压可以是模拟量也可以数字量，它与主令值相 同类时即可进行比较。比较是相位相反，是一种负反馈关系。由于相位相 反比较后的量是很小的，因此必需用放大器放大才能真正有再控制的作 用。这个放大器称误差放大器。它是一个与主令，取样同等重要的元件， 也可以说是系统的最关键元件。而且不是靠花钱购置来解决，是靠技术、 计算和工艺来解决。因此，设计误差放大器参数一定要花够功夫，那怕面 对的只是确定几颗小电阻和小电容。
• 7.1.2误差放大器在系统中位置与要求 • 图7.1示正激变换器（Buck派生）有三个部分（1）是变换器，与变换器拓扑
结构和输出滤波器相关；（2）是PWM和其他环节（例如脉冲变压器、采样 电阻或门电路）；（3）是误差放大器，由主令（或称参据）电压和补偿网络 组成，输出的是误差放大后的误差控制电压，此误差控制电压与PWM的斜坡 电压的交叉点，确定了变换器中的开关动作（导通或关断）时刻。
反激式开关电源控制系统小信号模型
反激式开关电源控制系统小信号模型冯丹;任宏滨;李伟伟;李彦斌【摘要】Aiming at the problem of debugging the stability dynamic compensation parameters ofswitch power supply system,a small signal model of flyback switching power supply control system was proposed.This model utilized the small signal theory to analyzes current loop and voltage loop of flyback switching power supply in de-tail,expressed the transfer function of the system,and acquired compensation parameters by using MATLAB software.The simulation and experimental results showed that the parameters selected by the model made the control system of good stability and dynamic characteristics under load changes and power fluctuations.By chan-ging the system model settings through soft-ware,the network compensation parameterscould be obtained to meet different design requirements.%针对开关电源系统稳定性的动态补偿参数调试繁杂的问题，提出了反激式开关电源控制系统小信号模型。
带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析_华晓辉 (1)
2008年5月25日第25卷第3期通信电源技术T elecom P owe r T echno lo giesM ay 25,2008,V ol .25N o .3收稿日期:2008-01-18作者简介:华晓辉(1980-),男,工学硕士、工程师,中国移动福建公司网管中心任职,研究方向:电力电子技术。
文章编号:1009-3664(2008)03-0030-03研制开发带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析华晓辉(中国移动福建公司网管中心,福建福州350007) 摘要:双闭环控制在开关电源中的应用非常普遍,是因为它使系统具有较好的动态性和稳定性。
文章就是在双闭环控制的反激电路中,分析了反激变换器的功率级电路的平均模型和控制电路中T L 431和光耦器件的非理想模型;运用控制理论写出整个变换器系统闭环的环增益,并且用网络分析仪测出系统环增益,结果表明系统具有良好的稳定性和动态性。
关键词:反激变换器;双闭环控制;T L 431;光耦元件中图分类号:T N 86文献标识码:AA nalysis of Small Sig nal w ith Optocoupler Feedback fo r theDouble C losed Loop Flyback ConverterH U A Xiao -hui(China M o bile F ujian ,F uzhou 350007,China )Abstr act :A pplicatio n of the double clo sed loo p contro l has already been po pular in SM PS ,because such a sy stem has a fast dy namic respo nse and go od stability .In this paper ,the small sig nal o f sing le -ended flyback conver te r with do uble clo sed loo p co ntrol is analyzed first ,then the not ideal small sig nal o f T L 431and optocoupler in the contro l lo op is presen -ted too ;based o n the contro l theo ry the mathematic ex pre ssio n o f the loo p g ain is educed ,a t last the ex perimental results sho ws go od stability and fast r esponsibility with the help of netw ork analy ze r .Key wo rds :fly back conve rter ;do uble closed loo p contr ol ;T L 431;optocoupler0 引 言当前存在的隔离开关变换器中,Flyback 电路以其只有一个变压器和开关器件具有结构简单的优势。
超详细的反激式开关电源电路图讲解【范本模板】
反激式开关电源电路图讲解一，先分类开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下：10W以内常用RCC(自激振荡）拓扑方式10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求）100W-300W 正激、双管反激、准谐振300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等500W—2000W 双管正激、半桥、全桥2000W以上全桥二，重点在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80％,而其中反激式电源又占大部分，几乎常见的消费类产品全是反激式电源.优点：成本低，外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入，可多组输出。
缺点：输出纹波比较大。
（输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善)今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。
给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图！三，画框图一般来说，总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。
开关电源的电路包括以下几个主要组成部分，如图1图1,反激开关电源框图四，原理图图2是反激式开关电源的原理图，就是在图1框图的基础上，对各个部分进行详细的设计，当然，这些设计都是按照一定步骤进行的.下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。
图2 典型反激开关电源原理图五，保险管图3 保险管先认识一下电源的安规元件—保险管如图3.作用：安全防护。
在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏.技术参数：额定电压 ,额定电流 ,熔断时间 .分类：快断、慢断、常规计算公式：其中：Po：输出功率η效率：（设计的评估值）Vinmin ：最小的输入电压2：为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1。
5～3倍。
0。
98: PF值六，NTC和MOVNTC 热敏电阻的位置如图4.图4 NTC热敏电阻图4中的RT为NTC,电阻值随温度升高而降低，抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流.图4中RV为MOV压敏电阻，压敏电阻是一种限压型保护器件,过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等七，XY电容图5 X和Y电容如图X电容，Y电容。
带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析
生 旦 旦 鲞 塑 笙 笙
文章 编 号 ：０ ９３ ６ （０ ８ ０ —０ ００ １ ０ —６ ４ ２ ０ ）３０ ３ —３
通 镶 电 潦 技 术 Ｔｌｏ ｏｅＴｃ ｏｇｓ ｅｃ Ｐｗｒ ｅ ｎｌ ｉ ｅｍ ｈ ｏｅ
Ｍ ｙ ５２０， ｏ ２ Ｎ． ａ２，０８ Ｖ１ ５ 。３ ．
ｓ ｏ ｏ ｄ ｓａ ｉ ｔ ｎ ａ ｔｒ ｓ ｏ ｓ ｂ ｌ ｙ ｗｉ ｈ ｅｐ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ａ ａｙ ｅ ． ｈ ｗｓ ｇ ｏ ｔ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｆ ｓ ｅ ｐ ｎ ｉｉ ｔ ｔ ｔ ｅ ｈ ｌ ｆｎ ｔ ｒ ｎ ｌ ｚ ｒ ｉ ｉ ｈ
Ｋｅ ｒ ｓ ｌ ｂ ｃ ｏ ｖ ｒｅ ； ｏ ｂ ｅ ｃｏ ｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ＴＬ４ ； ｐ ｏ ｏ ｐ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ：ｆ ａ ｋ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｄ ｕ ｌ ｌｓ ｄ ｌｏ ｏ ｔ ｏ ； ｙ ３ ｏ ｔ ｃ ｕ ｌｒ １
性 。
关 键 词 ： 激 变换 器 ； 闭环 控 制 ； Ｉ ３ ； 反 双 Ｔ １ 光耦 元 件 ４
中 图 分 类 号 ： Ｎ８ Ｔ ６
文献 标 识 码 ：Ａ
Ａｎ ｌｓｓｏ ｍａ ｌ ｉ ｎ ｌ ｔ ｐ ｏ ｏ ｐ ｅ ｅ ｂ ｃ ｏ ｈ ａｙ ｉ ｆＳ ｌ Ｓｇ ａ ｈ Ｏ ｔ ｃ ｕ ｌｒＦｅ ｄ ａ ｋ ｆ ｒｔ ｅ ｗｉ Ｄｏ ｂｅＣｌ ｓ ｄ Ｌｏ ｐ Ｆｌｂ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ｕ ｌ ｏ ｅ ｏ ｙ ａ ｋ Ｃｏ ｖ ｒｅ
ａ ｆ ｓ ｙ ａ ｃ ｒ ｓ ｏ ｓ ｎ ｏ ｄ ｓ ａ ｉ ｔ ． Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｍａ ｌｓｇ ａ ｆ ｓ ｇ ｅ ｅ ｄ ｄ ｆｙ ａ ｋ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｗｉ ｏ ｂ ｅ ａ ｔｄ ｎ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ａ ｄ ｇ ｏ ｔ ｂ ｌ ｙ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．ｔ ｅ ｓ ｌ ｉ ｎ ｌ ｉ ｌ－ ｎ ｅ ｌ ｂ ｃ ｏ ｖ ｒｅ ｔ ｄ ｕ ｌ ｉ ｏ ｎ ｈ ｃｏ ｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ａ ａ ｙ ｅ ｉｓ ，ｔ ｅ ｈ ｏ ｄ ａ ｍａ ｌ ｉ ｎ ｌｏ Ａ３ ｎ ｐ ｏ ｏ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｌｏ ｓｐ ｅ ｅ — ｌ ｓ ｄ ｌ ｏ ｏ ｔｏ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ｆｒ ｔ ｈ ｎ ｔ ｅｎ ｔ ｅ ｌｓ ｌ ｓｇ ａ ｆＴＩ ａ ｄ ｏ ｔ ｃ ｕ ｌｒｉ ｈ ｏ ｔｏ ｏ ｐ ｉ ｒ ｓ ｎ ｉ １ ｔ ｄ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｔ ｅ ｒ ｈ ｔ ｅ ｔ ｘ ｒ ｓ ｉ ｎ ｏ ｈ ｏ ｐ ｇ ｉ ｓ ｅ ｕ ｅ ， ｔ ｌｓ ｈ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓ ｅ ｏ ；ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｔ ｏ ｈ ｏ ｙ ｔ ｅｍａ ｈ ｍａ ｉ ｅ ｐ ｅ ｓｏ ｆｔ ｅ ｌｏ ａｎ ｉ ｄ ｃ ｄ ａ ａ ｔｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｃ ｍ
小信号分析
7．5．1测试步骤 线路为图7.7所示
电源
Ｒ１
Ｒ２
ＯＳＣ
预触发信号 图7.7 瞬态负载测试电路
触发信号可调Ｄ，Ｄ＊，Ｆ，并逐渐升高． Ｒ２上电流变化率工业标准５Ａ／ uS和2A/ Us.
。
评价： （1）多数情况应加大稳定带宽，尤其低频 段； （2）瞬态恢复性能不好，应力使高频段加 强。 （3）接近最优
1、一个可调频率的振荡器，频率范围从10Hz到500kHz或更高。 2、两个窄带且可选择显示峰值或有效值的电压表，频率范围与第1相同。 3、专业的增益及相位测量仪表。 近年来已有专用测量仪表。它自身带扫描振荡器和可跟踪的电压表,例如有能设 定频带,自动扫描的光谱分析仪或网络分析仪。测得快，效率高。所得曲线更连 续光滑。 具体型号可参考相关考书，例如HP公司生产的302A、312A、3590A、
6
§7.3 有输入输出滤波器时的考量 在实际应用中，还会遇到变换器有输入滤器或有输出滤波器的情况。
7.3.1有输入滤波 当Vs电源后带有输入滤波器L、C时（该滤波器作用是抑制电磁干扰）。假设 用电感元件L1的内阻为R1，电容C1，其电源输入滤波器阻抗为Zs。可表明
为
，研究表时，只要满足如下两个条件，则滤波器
上述四个方面要求，反映出要重视放大器的设计。其设计内容包括结构选 择，软、硬反馈选择，搭配选择，数值选择，频率、Q值、相位等等选择。
问题提出: 尽管负反馈理论发展有八十多年，已达完善、精确，但理论体系庞大，掌握不 太容易，实用上也有困难，尤其用在开关电源上。开关变换器处理的不是信 号，而且电源级功率，充满的能量在有限线径上迅猛地流荡，在变压器，电感 器线匝上旋转，匝间也产生着电磁电变换时的排斥或吸引力。多种元件工作点 在死区在线性和非线性特性区间变动，在连续、不连续，临界等状态时转换； 实质上跳变在不同拓扑中、可以说开关变换器高频切换着线路和支路，用力冲 击，园滑变换，热 闹非凡。改变提高效率，又要调动活力，又设缓冲区，目的 达到安全变换能量，确非容易。所以，理论指导实践是很重要的一点。在实践 中注意理论应用，收集设计需要的参数，积累动手工艺资料，并应用到实际中 去。 然而，也不是非要弄通闭环理论不可，许多有电子、高频化经验的工程师凭 着丰富经验也能调整好常用的开关电源。总之，面对问题用不着有急躁情 绪，时刻注意电容器、变压器和开关的应力和发热量。
反激式开关电源工作原理及波形分析
反激式开关电源工作原理及波形分析
1.正半周期：当输入电源正半周电压大于输出电压时，开关管导通，此时电流从输入电源通过开关管，经过输出电感滤波电路，最终输出给负载。
2.负半周期：当输入电源负半周电压大于输出电压时，开关管关断，此时开关管两端的电感储能。
在每个周期的正半周期和负半周期之间，开关管的导通和关断交替进行，实现了输入到输出的电压变换。
1.输入电压波形：输入电压通常为交流电源，波形为正弦波。
在正半周，当开关管导通时，输入电压通过开关管正向通流。
在负半周，当开关管关断时，输入电压不能通过开关管。
2.开关电流波形：反激式开关电源的开关管导通时，开关电流呈现方波形式，开关管关断时，开关电流为零。
由于开关电流的突变，会引起较大的干扰和损耗，因此需要设计合适的控制电路来控制开关管的导通和关断。
3.输出电压波形：输出电压可以通过输出电感滤波电路平滑得到。
输出电压在开关管导通时，随着负载的需求，可以稳定输出。
输出电压在开关管关断时，输出电容滤波电路会维持输出电压的稳定。
4.输出电流波形：输出电流波形与负载的需求有关。
在电源供电正常的情况下，输出电流总是保持稳定。
通过对反激式开关电源的工作原理及波形分析，可以了解到其有效地实现了输入到输出的电压变换。
通过合适的控制电路设计，可以实现开关
管的精确控制，从而提高电源的效率和稳定性。
相比传统的线性电源，反激式开关电源具有体积小、效率高等优点，在实际应用中有着广泛的应用前景。
反激式开关电源工作原理及波形分析
反激式开关电源工作原理及波
形分析(总1页)
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反激式开关电源工作时可以简化为下图所示电路：
Mos管控制原边（左侧）电流的通断。
Mos管导通时：
电感充电（实则为建立磁通），副边二极管截止，无电流。
Mos管断开时：
由于电流不同突变（实际上是磁通不能突变），于是在副边形成感应电流，二极管导通。
原边反射电压：
副边有电流流通时，会在原边感应出一个电压（下+上-），叠加在输入电压上。
原边的尖峰电压：
由于漏电感的存在，该部分的磁通没有通过磁芯耦合到副边，因此mos管断开时，会产生很大的电压来维持电流，从而达到维持磁通的目的。
振荡波形：
Mos管关断时尾部有振荡，是由于开关电流工作在断续模式时，能量释放完全后，原边、副边无电流。
此时原边的电路可以等效为电源+电感+电容（Mos 管输入电容），发生谐振。
实测波形如下：
（黄色为mos驱动，绿色为mos管的VDS，粉色是原边线圈的电流）。
反激式开关电源设计详解上共44页PPT46页
60、生活的道路一旦选定，就Βιβλιοθήκη 勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
反激式开关电源设计详解上共44页
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
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0 引 言
当前存在的隔离开关变换器中 , Flyback 电路以其 只有一个变压器和开关器件具有结构简单的优势。由 于开关电源在新领域的应用 ,使其在稳定性和精确度上 提出了更高的要求 ,因此控制系统对电源的性能起到决 定性作用。作为一个具有闭环反馈的隔离变换器 ,它的 反馈为了达到基本的电隔离 ,常使用隔离器件 ,而光耦 器件在隔离模拟信号中得到广泛应用。以往的反馈环 路小信号模型分析中 ,有的是单闭环控制 、 有的是双闭 环控制模式 ,而在双闭环控制的小信号模型分析中 ,很 少把光耦的非理想小信号模型考虑进去。采用电流控 制模式[ 1 ] 除了有动态模型简单、 输入电压前馈特性以 外 ,还具有电流保护和易于并联运行等优点 。
(7) 则 T1 ( s) = GEA ( s) H ( s) + G1 ( s) 方框图简化得如图 6 ; 又由参考文献 [ 3 ] 可知 :
^ is D U IN = ^ ip 2 U OU T D= nU OU T U IN + nUOU T
2 双闭环 Flyback 电路控制系统分析
一般说来 ,脱线式电源和通信电源都要在高输入 电压的初级端和低输出电压的次级端要求有电隔离 ; 而用来传递隔离信号的器件通常是脉冲变压器和光 耦 。如图 1 所示 ,是应用光耦隔离的双闭环控制系统 。 采用电流环可实现自动稳流 , 当开关管电流发生变化 时可以直接反应在控制回路发生的变化 ; 同时也可以 实现过流保护 ,文献 [ 1 ] 已经详细说明了峰值电流控制 的优点 。 由 Flyback 的小信号模型可以看出它与 Buck2 Boo st 的小信号模型几乎一致 , 同时运用控制理论容 易写出图 1 的双闭环控制方框图 , 见图 5 。写出系统 闭环控制系统各部分表达式如下 。 2. 1 取样函数 如图 1 所示 ,可知取样函数 H ( s) =
2008 年 5 月 25 日第 25 卷第 3 期
通信电源技术 Teleco m Power Technologies
May 25 , 2008 , Vol. 25 No . 3
文章编号 : 100923664 ( 2008 ) 0320030203
研制开发
带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析
Lm C
1 反激电路的小信号模型
图 1 是带有光耦反馈的双闭环控制的 Flyback 电 路 ,内环采用峰值电流控制 ,外环采用电压型控制 。典 型的 Flyback 工作模式如图 2 ,为便于分析假设如下 : ( 1 ) 忽略开关管和二极管的导通压降和反向截止电流 ; ( 2 ) 开关频率比变换器低通滤波器的转折频率大很多 ; ( 3 ) 扰动信号频率比开关频率低很多 ; ( 4 ) 扰动量的幅
图2 典型的 Flyback 工作模式
・30 ・
通信电源技术
2008 年 5 月 25 日第 25 卷第 3 期
华晓辉 : 带光耦双闭环反激式开关电源 小信号模型分析
Teleco m Power Technologies May 25 , 2008 , Vol. 25 No . 3
Lm C
Analysis of Small Signal wit h Optoco upler Feedback fo r t he Double Clo sed Loop Flyback Co nverter
HUA Xiao2hui (China Mo bile Fujian ,Fuzhou 350007 ,China) Abst ract : Applicatio n of t he double clo sed loop co nt rol has already been pop ular in SM PS , because such a system has a fast dynamic response and good stability. In t his paper , t he small signal of single2ended flyback co nverter wit h double clo sed loop cont rol is analyzed first , t hen t he not ideal small signal of TL 431 and optoco upler in t he cont rol loop is p resen2 ted too ; based on t he cont rol t heo ry t he mat hematic exp ression of t he loop gain is educed ,at last t he experimental result s shows good stability and fast responsibility wit h t he help of netwo rk analyzer. Key wo rds : flyback converter ;double clo sed loop cont rol ; TL 431 ;optocoupler
(6)
B TL 431 是 TL 431 的开环增益 。由厂 家提供 数据 B TL 431 取值为 : 50 dB ～ 60 dB 具有 0 . 7 ～ 1 M Hz 的带宽
由式 (3) 可得 Flyback 主电路的小信号模型如图 3 。
范围 。 又因为
G1 ( s) = 1 R3
图3 反激变换器主动电路的小信号模型
华晓辉
( 中国移动福建公司网管中心 ,福建 福州 350007 )
摘要 : 双闭环控制在开关电源中的应用非常普遍 ,是因为它使系统具有较好的动态性和稳定性 。文章就是在双闭环 控制的反激电路中 ,分析了反激变换器的功率级电路的平均模型和控制电路中 TL 431 和光耦器件的非理想模型 ; 运用控 制理论写出整个变换器系统闭环的环增益 ,并且用网络分析仪测出系统环增益 ,结果表明系统具有良好的稳定性和动态 性。 关键词 : 反激变换器 ; 双闭环控制 ; TL 431 ; 光耦元件 中图分类号 : TN 86 文献标识码 : A
值相对于稳态量来说小的多 。在这里 L M 为激磁电 感、 励磁电流为 iM 、 输入电压为 U IN 、 输入电流为 i IN 、 输出电压为 U o ,负载电阻为 R ,匝比为 n ∶ 1。
图1 双闭环控制反激电路
文献 [ 2 ] 利用状态空间平均模型法建立 Flyback 小信号模型 ,对应图 2 ( a) 可写出表达式 ( 1 ) ,图 2 ( b) 可 写出表达式 ( 2 ) 。
1 2 LM n RC L M ω + 0 2 2 2 n D′R n FM 1 + FM T2 ( s) Gi ( s) He ( s)
如图 6 由控制理论易知 ,
T3 ( s) =
( 15 )
T4 ( s) 这里设为输出电压与占空比的传递函数 ,可
以表达成 :
T4 ( s) = Gp ( s) (^ is / ^ ip ) GL C ( s) = 1 + s/ ω ZC 2 2 1 + s/ (ω 0 Q) + s / ω 0 U IN 2 nD′
Se = -
1 U IN 2 LM
( 12 )
式中 , S n 是上升斜率 ; S e 是外部补偿斜率 ,这里补偿斜 率匹配为下降斜率的 1 / 2 。参考文献 [ 6 ] 中采样增益
He ( s) = 1 +
2 ωn QZ ω n π - 2 ω Qz = π , n = Ts
s
+
s2
( 13 )
^ iin ( t) = D^ iin ( t) + I ^ d ( t)
图6 双闭环控制方框图
如果 TL431 的增益为有限值时 ,为了获得系统的稳 定性和高动态响应 ,如图 1 所示的补偿电路可采取 PI 积 分补偿电路 ;运算放大器传递函数可用下列式子表示 :
GEA = ZC2 ZC1 + ( ZC1 + ZC2 ) / B TL 431
d im ( t) = - nuo ( t) dt (2)
d uo ( t) uo ( t) = nim ( t) dt R
iin ( t) = 0
( 2 ) 得到等效电路的状态平均模型方程 从式 ( 1 ) 、 组 ,然后转换为变换器动态行为的非线性状态方程 ,再 对该非线性状态方程进行线性化处理[ 2 ] , 即忽略方程 中两个小信号扰动量的乘积项 , 得到了具有扰动的变 换器动态行为线性状态方程 ,即小信号模型表示为 : d^ i m ( t) Lm = D^ vin + ^ d ( t) ( U in + nU o ) - nD′ v o ( t) ^ dt (3) d^ vo ( t) vo ( t) ^ C = nD′ ^ i ( t) - n I ^ ddt R
收稿日期 : 2008201218 作者简介 : 华晓辉 ( 19802) , 男 , 工学硕士 、 工程师 , 中国移动福 建公司网管中心任职 ,研究方向 : 电力电子技术 。
d im ( t) = vin t dt (1)
d uo ( t) uo ( t) = dt R
iin ( t) = i ( t)
2. 4 控制对输出传递函数
在参考文献 [ 5 ] 可知 ,
Fm = 1
( S n + S e ) TS
( 11 )
・3 1 ・
2008 年 5 月 25 日第 25 卷第 3 期
通信电源技术 Teleco m Power Technologies
May 25 , 2008 , Vol. 25 No . 3
3 结束语
本文分析了隔离变换器中的双闭环控制模式下的 小信号模型 , 内环为峰值电流控制 、 外环为电压控制 型 ,并写出了整个系统闭环的表达式 ; 在反馈回路中的 光耦和 TL 431 都不是用理想模型 ,因此更加接近实际 的小信号模型 ,并最终得出实验结果具有良好的系统 稳定性 。今后的研究方向将在其它拓扑的闭环回路的 不同点注入干挠信号来分析系统的稳定性 , 因为大多 数工程师在双闭环的控制系统分析小信号时的方法仍 同于单闭环控制 。比如说内环用平均电流控制 、 峰值 电流控制 、 滞环控制等或者其他非线性控制时 ,理论分 析与实验结果的差别仍有待进一步研究 。 参考文献 :