电压环与电流环设计
电压电流环pi算法
电压电流环pi算法
电压电流环PI算法是一种控制算法，用于电压和电流的闭环
控制。
算法步骤如下：
1. 测量电压和电流的反馈值。
2. 计算电压和电流的误差，即目标值（设定值）与反馈值的差值。
3. 根据误差计算电压和电流的控制量，即PI控制器的输出值。
4. 将控制量作为输入信号送入电压和电流的控制系统中，根据具体的控制策略进行调节。
5. 重复上述步骤，实现电压和电流的闭环控制。
具体的PI控制算法如下：
1. 设置比例系数Kp和积分系数Ki。
2. 根据电压和电流的误差e和控制周期T，计算积分项I的增量：δI = Ki * e * T。
3. 根据电压和电流的误差e，计算比例项P的增量：δP = Kp * e。
4. 将积分项和比例项的增量相加得到PI控制器的输出量：U = δI + δP。
5. 将输出量U作为控制信号输入电压和电流的控制系统中。
PI控制算法可以根据具体的应用场景进行调节和优化，以实
现更好的控制效果。
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
工程师都知道，开关电源中离不开环路设计。
环路影响到开关电源的诸多性能指标，譬如输出纹波，动态特性，稳定性，保护特性等。
这篇文章将从下面四个方面讲一讲开关电源中的比较常见的双重环路及其应用：
1.单电压环与单电流环
2.电压环和电流环的双环竞争
3.电压外环电流内环
4.两种双环控制在车载电源产品中的应用
一、单电压环与单电流环
闭环就是通过对被控制变量进行负反馈与设定值进行比较，得到他们之间的偏差，然后通过控制偏差，来实现被控变量稳定在设定值附近。
生活中最常见的一个负反馈闭环就是骑自行车，如果我们想走一条直线，而实际往左偏了，就会将车把手往右调整，如果往右偏了，就往左调整。
最后肯定稳定在这条想走的路线的附近。
如果自行车整个过程一直都是向左偏离一个角度，这个就是静差，也叫稳态误差。
如果自行车稳定在设定路线的左右偏差一点，这个就是误差摆幅，有些场景下也叫纹波峰峰值。
车辆一直行使在设定路线附近，而且偏差小，遇到紧急避让的情况下（动态扰动）也绝不摔倒——这就是好的环路设计。
在比较简单的开关电源中，只需要一个单闭环就可以实现产品的恒压或者恒流输出。
对于恒压源，只需要控制输出电压稳定，对于恒流源只需要控制输出电流稳定。
这里通过最常见的buck电路的单电压闭环和单电流闭环来来分析一下。
以最常见的PI控制作为补偿控制环节。
1）其电压单环的控制闭环框图如下：其中Kadc为采样及反馈环节，Plant。
pwm电压环和电流环反馈的原理
pwm电压环和电流环反馈的原理
PWM（脉宽调制）电压环和电流环反馈是控制电源转换器的重要
部分，用于确保输出电压和电流稳定。
首先，让我们从PWM电压环
反馈的原理开始。
PWM电压环反馈的原理是通过比较实际输出电压与期望输出电
压的差异，然后调整PWM信号的占空比来实现电压调节。
具体来说，当实际输出电压低于期望值时，控制回路会增加PWM信号的占空比，从而增加开关管的导通时间，提高输出电压；相反，当实际输出电
压高于期望值时，控制回路会减小PWM信号的占空比，降低开关管
的导通时间，降低输出电压。
这种反馈机制能够使输出电压稳定在
期望值附近。
接下来是电流环反馈的原理。
电流环反馈通常用于控制开关电
源转换器的输出电流。
它的原理是通过比较实际输出电流与期望输
出电流的差异，然后调整PWM信号的占空比来实现电流调节。
当实
际输出电流低于期望值时，控制回路会增加PWM信号的占空比，增
加开关管的导通时间，提高输出电流；当实际输出电流高于期望值时，控制回路会减小PWM信号的占空比，降低开关管的导通时间，
降低输出电流。
这种反馈机制能够使输出电流稳定在期望值附近。
总的来说，PWM电压环和电流环反馈的原理都是基于比较实际输出与期望值的差异，然后通过调整PWM信号的占空比来实现稳定的电压和电流输出。
这种反馈机制能够有效地提高电源转换器的稳定性和性能。
电压电流双环控制原理
电压电流双环控制原理嘿，咱来聊聊电压电流双环控制原理这个超厉害的家伙吧！这电压电流双环控制啊，就像是一个聪明的指挥官，在电路的世界里有条不紊地指挥着一切，让电流和电压都乖乖听话，为我们的各种电子设备和系统提供稳定可靠的动力。
你看，电压就像是电路中的“压力”，它推动着电流这个“小水流”在电路中流动。
而电流呢，就像是电路中的“流量”，它带着能量在各种元器件之间穿梭。
电压电流双环控制原理就是要同时管理好这两个家伙，让它们协同工作，达到我们想要的效果。
想象一下，电路就像一个繁忙的交通枢纽，电压是交通规则中的“限速标志”，它规定了电流这个“车辆”行驶的速度上限。
如果电压不稳定，一会儿高一会儿低，就好比限速标志一会儿变成80公里每小时，一会儿又变成20公里每小时，那电路里的电流可就乱套啦，电子设备也会像在颠簸的路上行驶的汽车一样，出现各种问题，甚至可能“抛锚”。
所以，电压环的作用就是要确保电压保持在一个合适的范围内，就像一个严格的交警，时刻盯着电压这个“限速标志”，不让它出现太大的波动。
而电流环呢，就像是交通枢纽中的“流量监控器”。
它要保证电流按照我们的需求来流动，不能太多也不能太少。
如果电流过大，就像交通枢纽中突然涌入了大量的车辆，会导致道路拥堵，电路中的元器件可能会因为承受不了这么大的电流而发热损坏。
相反，如果电流过小，电子设备就可能得不到足够的能量，无法正常工作，就像汽车没油了一样，只能停在路边。
所以电流环要根据实际情况，及时调整电流的大小，让它始终保持在一个合适的水平，就像一个智能的交通指挥系统，合理地控制着车辆的流量，确保交通顺畅。
在电压电流双环控制中，这两个环是相互配合的哦。
就像一场精彩的双人舞，电压和电流相互呼应，彼此协调。
当电压出现变化时，电压环会迅速做出反应，调整输出，然后电流环会根据电压的变化，相应地调整电流，以保持整个电路系统的稳定。
这种紧密的配合就像是两个默契十足的舞者，一个动作的变化会立刻引起另一个的回应，共同演绎出完美的舞蹈。
利用UC3907设计的均流电路
利用UC3907设计的均流电路1引言在实际应用中，为了获得需要的容量和一定的冗余，电源系统经常将电源模块并联使用，对电源系统的基本要求是：——在电网扰动或负载扰动时，保持输出电压稳定；——控制各模块电流，使其均分负载电流。
为了最大程度地获得系统稳定性，电源系统还有以下要求：——设置模块冗余，使任一模块损坏，剩下的模块能提供足够的电流，而不致影响电源系统的工作；——完成负载均分功能，而不需其它的外置控制设备。
另外，针对完成均流，电源系统还需要以下的功能：——有一个公共的、低带宽的均流总线来连接所有的模块单元；——具有良好的均流瞬态响应；——使用一个控制器调节输出电压。
总之，希望由各模块构成的电源系统能形成一个整体，各模块平均分配应力。
并且这时如果使用均流技术，系统的稳定性最高。
我们在设计20A和50A的电源模块应用电路时就采用了美国UNITRODE公司的均流芯片，相对其它均流方法取得了较好的均流效果，并为电源模块热插拔的实现奠定了基础。
2均流方法电流均流法很多，有：下垂法、主从法、外接控制器法、平均电流法、最大电流法等。
相对而言最大电流法性能最好，调整简单易实现，均流母线开路或短路都不会影响各电源模块的独立工作，任一模块的故障也不会影响均流功能的实现。
UC3907采用的就是最大电流法，。
原理是各模块电流和模块的最大电流相比较，相应调整参考电压以校正模块输出电流的不均衡度。
这种方法和平均电流法相似（。
由图3可知，UC3907从结构上可以分为电压环和电流环两部分。
电压环由电压放大器、地放大器和驱动放大器构成；电流环由电流放大器、调整放大器、缓冲放大器和状态指示构成。
逆变器电压电流双闭环控制系统设计
逆变器电压电流双闭环控制系统设计余裕璞;顾煜炯;和学豪【摘要】逆变器在可再生能源发电中作为连接能量输入与输出负载的装置,发挥着重要作用,采用合适的控制系统可以得到满足后端电能质量需求的电能.针对电压单环控制调整滞后的缺点,补充中间电流反馈环节以提高控制系统的工作频率.比较了电感电流内环与电容电流内环反馈系统的区别,选取负载抗扰动性能更强的电容电流反馈系统,该控制方案对一般及整流性负载的干扰同时具有较强的平抑能力.针对输出电压及电感电流在数学模型上的交叉耦合作用,通过耦合信号前馈削弱其对控制系统的影响.提出一种基于“模最佳”的整定方法,对调节器的参数进行设计,最终利用仿真验证了所提设计方案的有效性.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2019(035)003【总页数】7页(P1-7)【关键词】逆变器;双闭环控制;前馈解耦;模最佳【作者】余裕璞;顾煜炯;和学豪【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM7120 引言可再生能源在能源安全、能源总量、能源可靠性、环境无污染等方面均优于传统化石能源[1～3]。
微电网技术是利用可再生能源的主要方式之一[4～6]，“就地采集、就地使用”减少了中间环节的损耗，提高能量利用率。
逆变器是微电网中用于电能转换的主要装置[7]，保证微网运行可靠性。
逆变器的控制方案不局限于一种[8,9]，主要根据其运行目标确定。
在离网运行方式下其运行目标是维持母线电压和频率的恒定，保证负荷的电能质量需求,并网模式下运行一般要求输出给定的有功和无功[10]。
逆变器控制早期采用输出电压瞬时值反馈的单环控制，可以在一定程度上抑制负载的扰动，调节输出电压的波形，但是负载发生较大变化时输出电压畸变严重，其动态响应慢导致电压畸变调整时间长，不利于负载的正常工作。
pfc pi环参数计算
pfc pi环参数计算
1. 确定系统参数
- 输入电压范围
- 输出电压
- 开关频率
- 输出功率
- 电感值
- 电容值
2. 计算控制器参数
- 确定控制器类型(比例积分PI或比例积分微分PID) - 计算比例系数Kp
- 计算积分系数Ki
- 计算微分系数Kd(如为PID)
3. 设计电流环
- 根据电感值、开关频率计算电感电流斜率
- 确定电流环带宽
- 计算电流环增益交叉频率
- 计算电流环相位裕度
4. 设计电压环
- 确定电压环带宽
- 计算电压环增益交叉频率
- 计算电压环相位裕度
- 计算电压环误差放大器参数
5. 频率响应分析
- 绘制开环增益相位曲线
- 验证系统稳定性裕度
6. 仿真验证
- 建立电路模型
- 进行环路响应仿真
- 优化参数
合理的pfc pi环参数设计可以使系统具备良好的动态响应、抗干扰能力和稳定性,满足实际应用需求。
电压电流环pi算法
电压电流环pi算法【原创实用版】目录1.电压电流环 pi 算法概述2.电压电流环 pi 算法的工作原理3.电压电流环 pi 算法的优点与应用4.电压电流环 pi 算法的局限性与改进方向正文1.电压电流环 pi 算法概述电压电流环 pi 算法（Proportional-Integral, PI）是一种广泛应用于工业控制领域的算法，主要应用于电压调节和电流调节系统。
它的核心思想是通过比例（P）和积分（I）两个环节的调节，使系统的输出电压或电流达到或维持在期望值。
2.电压电流环 pi 算法的工作原理电压电流环 pi 算法的工作原理可以分为两个部分：比例环节（P）和积分环节（I）。
比例环节：当系统检测到输出电压或电流与期望值存在偏差时，比例环节会根据偏差大小产生一个调节信号，使系统输出电压或电流向期望值靠拢。
比例环节的调节速度与偏差大小成正比，因此能够快速响应系统的变化。
积分环节：积分环节的主要作用是消除系统中存在的静差。
当系统存在偏差时，积分环节会产生一个与偏差大小和积分时间常数成正比的调节信号，使系统输出电压或电流逐渐接近期望值。
积分环节的调节速度较慢，但能够有效消除系统的静差。
3.电压电流环 pi 算法的优点与应用电压电流环 pi 算法具有以下优点：（1）响应速度快：由于比例环节能够快速响应系统变化，因此 pi 算法在应对系统扰动时具有较高的稳定性。
（2）静差小：积分环节能够消除系统中的静差，使系统输出电压或电流更接近期望值。
（3）适用范围广：电压电流环 pi 算法可应用于各种电压和电流调节系统，如电源系统、电机控制等。
4.电压电流环 pi 算法的局限性与改进方向尽管电压电流环 pi 算法具有诸多优点，但在实际应用中仍存在一定的局限性：（1）参数调节困难：比例和积分环节的参数调节对系统性能影响较大，但参数调节过程较为繁琐，需要根据实际系统进行反复调整。
（2）抗扰动能力有限：在面对大幅度扰动时，pi 算法的响应可能会出现过冲现象，影响系统的稳定性。
浅谈平均电流模式的控制电路设计
浅谈平均电流模式的控制电路设计电流模式控制分为两种，一种是平均电流模式控制，一种是峰值电流模式控制。
其中平均电流被广泛运用。
而本篇文章就是针对于对平均电流模式的控制电路的设计进行一个研究。
1平均电流法控制回路设计平均电流法的特点：（1）平均电流法对电流有很高的放大效果。
平均电流可以很容易的就找到电流的设定值。
这个已经运用到对高功率因素控制电路中了，以一个小电感就可以得到小于百分之三的谐波畸变，同时电路模式可以从连续电路模式转化成不连续电路模式，而且还不会影响到平均电流法的正常使用；（2）平均电流法对噪声的抑制能力很强。
因为功率开关被时钟脉冲打开，这就造成了晶振幅度直接变为低值；（3）斜坡补偿是不会在平均电流法出现的，然而为了能够让电路的运行稳定，就必须在开关旁边限定环路的增益；（4）平均电流法的使用非常的广泛，它不仅可以控制BUCK和FLYBACK的出入电流，还可以控制BOOST和HLYBACK的输出电流。
当比较器中出现不合适的波形坡度的时候，谐波振荡就会因为功率开关再次出现。
峰值电流法指的是控制使用在外面加一个斜坡来防止这个现象的；而平均电流法指的是使用晶振幅度来提供补偿的坡度的。
因此，最适合解决谐波问题的方法是平均电流法。
由于平均电流模式中会出现谐波和限定开关附近电流放大器的增益，因此在设计电路的时候就必须遵照的守则就是：比较器中一个输入端的电感和电流降低的幅度不能够大于比较器另一端经侦幅度值的坡度。
而且用这个方法还可以间接的制定出最大电流环路增益的交越平率。
2平均电流法Boost电路的设计2.1平均电流法中电流环的设计。
因为平均电流模式必须是稳定使用的，所以就必须对电流环进行一定的相位补偿，而且在电流环的相位补偿的开关附近还要制定一个让电流环的得到稳定增益的设计。
以此才可以在低频零点的时候给电流环供给比较高的增益，才可以进一步的让平均电流控制工作。
不仅如此，开关平率附近的放大器增益的误差一定要和电感电流的降低幅度相符合。
开关电源 双环控制原理
开关电源双环控制原理开关电源双环控制原理介绍开关电源是一种用于将输入电源转化为稳定输出电源的电子设备。
它通过开关器件的开关动作，在输入端和输出端之间实现高效能的能量转换。
双环控制原理是开关电源中常用的一种控制方法，可以有效提高电源的稳定性和响应速度。
单环控制原理在了解双环控制原理之前，先来了解一下单环控制原理。
单环控制原理是开关电源中最基本的控制方法之一，它通过对输出电压进行反馈控制来调节开关器件的开关频率。
当输出电压过高时，控制器会减少开关频率，以降低输出电压；反之，当输出电压过低时，控制器会增加开关频率，以提高输出电压。
单环控制原理简单直接，但存在响应速度较慢、稳定性差等缺点。
双环控制原理为了解决单环控制原理存在的问题，双环控制原理被提出并得到广泛应用。
双环控制原理基于单环控制原理，在输出电压反馈之外，额外加入了一个电流环，实现更精准的控制。
电压环电压环负责检测输出电压的变化，并将反馈信号输入到控制器中。
控制器会根据电压环的反馈信号来调节开关频率，确保输出电压稳定在设定值附近。
电流环电流环负责检测输出电流的变化，并将反馈信号输入到控制器中。
控制器根据电流环的反馈信号来动态调整开关器件的工作状态，以控制输出电压的精准度和稳定性。
双环控制的优势相比于单环控制，双环控制具有以下优势： 1. 响应速度更快：双环控制可以同时对电压和电流进行监测和调节，使得电源对负载变化的响应速度更快。
2. 稳定性更好：通过电流环的引入，双环控制可以更精确地控制输出电压，提高电源的稳定性。
3. 适应性更强：双环控制可以根据不同的工作条件和负载变化自动调整参数，适应不同的工作环境。
总结开关电源双环控制原理是一种能够提高电源稳定性和响应速度的控制方法。
通过电压环和电流环的协同作用，双环控制实现了对输出电压和输出电流的精确控制。
双环控制相较于单环控制有着更好的稳定性、更快的响应速度和更强的适应能力。
在实际应用中，双环控制已得到广泛应用，成为开关电源设计中的重要控制方法之一。
buck电路的电流环设计
buck电路的电流环设计
设计Buck电路的电流环涉及到多个方面，包括电路拓扑、元件选择、控制策略等。
首先，Buck电路是一种降压型DC-DC转换器，其基本拓扑包括MOSFET开关管、电感、二极管和电容。
在设计电流环时，需要考虑到电感电流的稳定性和响应速度。
以下是一些设计考虑因素：
1. 元件选择，选择合适的电感和电容以确保电路的稳定性和效率。
电感的电流饱和电流和电阻、电容的容值和ESR都会影响到电流环的性能。
2. 控制策略，常见的控制策略包括电压模式控制和电流模式控制。
在电流环设计中，需要选择合适的控制策略来实现电流的准确控制和快速响应。
3. 反馈回路设计，设计合适的反馈回路来监测电感电流，并将其与参考电流进行比较，以调节MOSFET的导通时间，从而实现对电流的精确控制。
4. 稳定性分析，进行稳定性分析以确保电流环在各种工作条件
下都能保持稳定的工作状态，避免振荡和不稳定性。
5. 抑制电磁干扰，在设计中需要考虑到电磁干扰的抑制，包括
布局设计、滤波器的选择等，以保证电流环的稳定性和可靠性。
总之，设计Buck电路的电流环需要综合考虑电路拓扑、元件选择、控制策略、反馈回路设计、稳定性分析和电磁干扰等多个方面，以实现对电流的精确控制和稳定运行。
希望这些信息能够对你有所
帮助。
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为理想开图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。
R为滤波电容C的等效串联电阻，R o为负载电阻。
各状态变量的正方向定义如图e1中所示。
图1 典型Buck电路S导通时，对电感列状态方程有L=U－ U o （1）in续流导通时，状态方程变为S断开，D1L=－U（2）o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DT s和（1－D）T s的时间（T s为开关周期），因此，一个周期内电感的平均状态方程为L=D(U－U o)＋(1－D)(－U o)=DU in－U o（3）in稳态时，=0，则DU in=U o。
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U in成正比。
由于电路各状态变量总是围绕稳态值波动，因此，由式（3）得L=(D＋d)(Uin＋)－(U o＋) （4）式（4）由式（3）的稳态值加小信号波动值形成。
电压环及电压环控制电路设计
电压环及电压环控制电路设计
课程介绍本课程主要讲的是电压环的设计。
我们完成了电流保护电路之后，那就要进行一个电压环控制电路。
而电压环的话是和电流环不一样的，为什么呢？电流环我们需要在每个周期里对其进行一个控制，但是电压的话，我们说电压的上升是一个缓慢的过程，因为电容上面的电压不可能一下子上来，是需要慢慢增加的。
在这个过程中可能需要几十个周期甚至更长的一个周期，所以说电压的上升是缓慢的。
在这种情况下我们对电压的一个调节是一个比较慢的调节，不像电流环这么快。
但是如果有过压和过流，在前后紧挨着过来的时候，MOS管处理完了过流开通之后，接下来处理过压，这样就会导致MOS管连续进行开关，而且时间间隔也特别短，这样会让MOS管还没有完全关断又给导通，还没有完全导通又关断，那么这样MOS管工作在放大状态比较危险。
学习获得：
通过这个课程你可以：
掌握开关电源电感计算；
学会前级驱动电路的设计与分析；
了解自举电容自举电容首次充电电路的分析和搭建，分析电路不足并引出电流环和电压环；
电路的调试；
适宜学习人群：
1、如果你还是学生，正厌倦于枯燥的课堂理论课程，想得到电子技术研发的实战经验；
2、如果你即将毕业或已经毕业，想积累一些设计研发经验凭此在激烈竞争的就业大军中脱颖而出，找到一份属于自己理想的高薪工作；
3、如果你已经工作，却苦恼于技能提升缓慢，在公司得不到加薪和快速升迁；
4、如果你厌倦于当前所从事的工作，想快速成为一名电子研发工程师从事令人羡慕的研发类工作。
电源反馈设计速成篇之八建模篇(Peak Current Mode)
电源反馈设计速成篇之八: 建模篇(Peak Current Mode) 图1为Peak Current Mode 等效小信号模型. Vg为输入电压, Vo为输出电压, io 为输出电流, iL 为电感电流, d为占空比, Vc为反馈控制电压. Gvg为Vg到Vo的传递函数, Gvd为d 到Vo的传递函数, Gig, Gio, Gid分别为Vg, io, d到iL的传递函数, Zo为开环输出阻抗, Fm为等效调制比(Voltage Mode就是三角波幅度倒数, Current Mode是电压和电流的综合),Kf和Kr是考虑了Vg和Vo的扰动影响, 其值很小, 一般忽略没有大的影响. Hv是电压反馈环, Hi是电流采样系数, 负号表示负反馈. 如果是采样电阻的CIC(Current Injection Control)法, Hi就是采样电阻,如果是电感电压的SCM(Standard Current Mode)法, Hi要根据具体电路求得. Current Mode的精髓是要知道电感的di/dt.Gvg, Gvd, Zo, Gig, Gid, Gio这些传递函数都可以由Voltage Mode得到. 不再赘述.图1. Peak Current Mode等效小信号模型He 是等效采样保持传递函数1)(−⋅=⋅sT s se e T s s HTs 为开关周期.如下表:: Ri 为电流取样电阻, 即Hi.可以证明, 不论Ri 去多大, 电流内环都一样, 因为Fm 可以和Ri 对消．一般Ri 由功耗等决定．定义s e n s n c m T S S T S m F )(11+==, ne cS S m +=1Ts 为开关周期, Se 为外加斜坡补偿三角波幅值, Sn 为电感电流采样等效三角波幅值. mc 为衡量斜坡补偿效果系数, mc=1即Se=0, 为纯电流控制，mc>>1既外加斜坡补偿>>电感电流采样等效三角波幅值, 退化为Voltage Mode.一般mc=1.5-2.Hv 为设计参数，一般用Type2补偿，零点决定响应快慢，极点补偿ESR 零点，ＲＨＰ零点，或1/2开关频率，三者取其低的值.以上为CCM Mode, 如果为DCM mode, 则开环参数为DCM mode 下的各个参数, 如下表:图1为整个系统的信号流图, 在推导小信号公式时有很多变量为零, 可大大简化. 以控制到输出传递函数为例, 图2为buck 电路, 图3为buck 小信号模型和控制到输出信号流图.V in图2. Buckd*Vap/Dvc图3. Buck 小信号模型和控制到输出信号流图可以求得电流内环开环回路增益Ti 为)()(s G s H H F T id e i m i ⋅⋅⋅=,电阻取样Hi=Ri, 否则要另行计算, 和具体电路有关. 当电流内环闭环时, 控制到输出传递函数Goc 为)(1)(s G F K T s G F G vd m r i vd m oc ⋅⋅−+⋅=电压回路增益Tv 为)()(s G s H F T vd v m v ⋅⋅=, Hv(s)为要设计的反馈部分.电压外环回路增益T2为ivT T T +=12, 根据T2来看相位和幅值裕量. 电流环闭合后输出阻抗Zoicl 为gi vd m e i vd o oicl V T s G F s H H s G s Z Z ⋅+⋅⋅⋅⋅+=)1()()()()(, Zo(s)为开环输出阻抗.电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zovcl 为ivd m r vd m v oiclovcl T s G F K s G F s H Z Z +⋅⋅−⋅⋅+=1)()()(1 例子 Buck 电路:Vg 11:=L 37.5106−⋅:= Rc 0.02:= C 400106−⋅:= Fs 50103⋅:= Vo 5:= R 1:=Ri 0.33:=Sn Vg Vo −L Hi ⋅:= Sn 5.28104×=Fm mc ()1mc Sn ⋅Ts ⋅:=mc 设为变量, 对Hv 零点和极点的选取:选择 wzc 使Settling time 为 0.5ms,wzc 10.5103−⋅:=wzc 2103×=选择wpc 为 ESR 零点, RHP 零点, 1/2 开关频率, 三者的低频:w ZESR 1.25105×=ws 2π⋅Fs ⋅:= 0.5ws 1.571105×= 因没有RHP 零点, ESR 零点比1/2 开关频率低, 取wpc w ZESR :=wpc 1.25105×= Rx 103:=Ry 103:=Hv s wi ,()Ry Rx Ry +wis1swzc +1s wpc+⋅:=Kr Ts Ri⋅2L ⋅:=Kr 0.088=Kf D −Ts ⋅Ri⋅L1D 2−⎛⎜⎝⎞⎟⎠⋅:=Kf 0.062−=图4为电流内环闭环时, 控制到输出传递函数Goc, 参变量mc 为1,1.2,1.5,2,4. Mc=1.5 –2时系统相位和幅值变化平稳. 选取mc=1.5.变化wi 不会改变Hv 相位, 选取 wi 以满足相位和幅值裕量要求. 图5给出了T2和wi 关系. 选取 wi = 40000, 剪切频率fc=13253 Hz, 相位和幅值裕量 55 degree, 6 dB.图6为求得反馈部分电阻,电容值后电流内环闭环时, 控制到输出传递函数Goc, mc=1为纯电流控制, mc=1.5为外加斜坡补偿的优化设计.图7为电流环闭合后输出阻抗Zoicl, mc=1为纯电流控制, mc=1.5为外加斜坡补偿的优化设计.图8为电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zoicl, mc=1为纯电流控制, mc=1.5为外加斜坡补偿的优化设计.图9-11分别为mc=1时的PSPICE 仿真结果, 用来验证公式的正确.101001.1031.1041.1051.10660402020gain Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.2,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.5,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅2,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅4,()()f n101001.1031.1041.1051.10620015010050180−phase Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.2,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.5,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅2,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅4,()()f n图4. 电流内环闭环控制到输出传递函数Goc101001.1031.1041.1051.10660303060gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,10000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,20000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,40000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,100000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,200000,()()f n101001.1031.1041.1051.10630025020015010050180−phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,10000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,20000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,40000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,100000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,200000,()()f n图5. 电压外环回路增益T2 和wi 关系1101001.1031.1041.1051.1068060402020gain Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅mc,()()f n1101001.1031.1041.1051.10620015010050180−phase Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅mc,()()f n图6. 电流内环闭环控制到输出传递函数Goc (mc=1, 1.5)1101001.1031.1041.1051.10640302010gain Zoicl 2i π⋅f n ⋅1,()()gain Zoicl 2i π⋅f n ⋅mc ,()()f n1101001.1031.1041.1051.10680604020phase Zoicl 2i π⋅f n ⋅1,()()phase Zoicl 2i π⋅f n ⋅mc,()()f n图7.电流环闭合后输出阻抗Zoicl (mc=1, 1.5)1101001.1031.1041.1051.10680604020gain Zovcl 2i π⋅f n ⋅1,wi,()()gain Zovcl 2i π⋅f n ⋅mc ,wi,()()f n1101001.1031.1041.1051.106200100100180−phase Zovcl 2i π⋅f n ⋅1,wi ,()()phase Zovcl 2i π⋅f n ⋅mc ,wi ,()()f n图8. 电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zovcl (mc=1, 1.5)图9. Pspice 结果:电流内环闭环控制到输出传递函数Goc (mc=1)图10. Pspice 结果: 电流环闭合后输出阻抗Zoicl (mc=1)图11. Pspice 结果: 电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zovcl (mc=1)。
电压环与电流环设计
控制电路设计一、电流环的设计电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值,使它处于稳定状态,根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下：的速度,我们希望fci 越大越好,在一般的开关电源中,fci 都小于开关频率的1/10,此处我们设置为开关频率的1/10,即10KHZ;补偿网络的传递函数为：211111()R C S G s R C S+= , 由系统框图可以得系统的开环传递函数为：21211(1)11()1S R C S G S K R C S V SL+=, 式中：Vs=5V ；L=15uH; K1=1/100;S=jw;代入上式,当fci=10KHz 时,2()G S =1,令补偿零点角频率1211w R C =在fci/2处,即1211w R C ==5KHz,经计算得11R C =62.710-⨯,21R C =4210-⨯,所以21R R =74,令1R =1K,得2R =74K,1C =2.7 nf, 代入得开环传递函数为：2245000()/10S G S S -+=,经MATLAB 画出BODE 图如下：从上图可以看出,在1/2fci 频率处,开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ,可以达到较快的动态响应,由于传递函数以-20dB 的斜率穿越0dB 线,也可以获得足够的相位裕量64度;同时由于从0Hz~1/2fci 之间,开环传递函数以-40dB 斜率衰减,可以获得很高的静态增益,从而使得静态误差非常的小;根据乃奎斯特环路稳定性判据,系统是稳定的,设计也合理; 二、电压环的设计在电压环的设计中,电流环可视为控制对象的一个环节,因此先得求取电流控制环的闭环传递函数,由前面的电流控制环的开环传递函数2245000()/10S G S S -+=得闭环传递函数为：3245000()/105000S G S S S -+=++,同理MATLAB 得其BODE 图如下：根据该闭环传递函数的BODE 图,为了便于分析我们用传递函数441()1/10G S S =+近邻代替它来处理,4()G S 的BODE 图如下所示：再根据整个电路,可以得电压环控制系统的构图如下 ：PI CA 1/SC K2K2+-Vo框图中Vref 为系统给定电压2.5V,CA 电流环控制单元,K2为输出电压采样放大倍数,Vo 为输出电压,1/SC 为输出阻抗;PI 调节器采用与电流环结构一样的单极点—单零点补偿网络,如下图所示：R3R4C2-+由于在fci 以下,电流环增益为1,相位为0,在电压环的设计中,电流环为单位1,为了使整个系统得到较高的中频带宽,设电压环的穿越频率fcv=1KHz,电压环PI 补偿零点角频率2421w R C ==1/2fcv,设计方法与电流环的设计一样：在f<fci 下,系统的传递函数为：42532(1)1()2R C S G S K R C S SC +=, 其中K2=2.5/12=1/4.8,C=4700uf, S=jw,当fcv=1KHz 时,5()G jw =1,代入计算得42R C =1/500,32R C =59.9110-⨯,所以43R R =20,取3R =1K,4R =20K,2C =0.1uf,将计算结果代入523500()/(1.1210)S G S S -+=⨯,得BODE 图如下：由此得出的结果与电流环控制环类似,系统是稳定的;当f>fci 时,把整个电流环加入系统中,得整个电压环的开环传递函数为：62345001()/(1.1210)1/10S G S S S -+=⨯+,得到BODE 图如下：由整个BODE 图可知,系统在0—500Hz 时以-40dB 斜率下降,具有较高的静态增益,从而使得静态误差非常的小,在1/2fcv500Hz 频率处,开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB,并以-20dB 的斜率穿越0dB 线,可以获得足够的相位裕量58度;当f>fci 时,开环传递函数的以-40dB 斜率下降,从而系统有较大的抗干扰能力;。
电压环与电流环设计
电压环与电流环设计电压环和电流环是一种常见的控制环节，用于控制电路中的电压和电流。
在电力系统、电子设备和工业自动化等领域都有广泛应用。
本文将详细介绍电压环与电流环的设计方法和注意事项。
一、电压环设计电压环是指通过对输出电压进行测量与控制，使得输出电压能够稳定在设定值上。
电压环的设计方法主要包括以下几个步骤：1.确定控制目标：首先需要明确电压环的控制目标，即输出电压应该稳定在多少伏特。
根据具体应用场景和要求，确定合适的电压控制目标。
2.选择合适的传感器：电压环的设计需要选取合适的传感器进行电压的测量。
常用的电压传感器有电压互感器和电压分压器等。
3.建立数学模型：根据电路的特点和控制目标建立数学模型。
可以通过对电路进行等效电路分析和参数提取，建立电路的数学模型。
4.设计控制算法：根据电路的数学模型设计合适的控制算法。
常用的控制算法有比例控制、积分控制、比例积分控制等。
5.参数调节和系统优化：根据实际情况对控制系统参数进行调节和优化。
通过仿真和实验等手段，不断调整参数，使得控制系统的性能和稳定性达到最优。
6.实时监测和故障处理：在电压环工作时，需要实时监测系统的状态和电压波动情况。
一旦发现异常情况，需要及时采取相应的故障处理措施，保证系统的安全稳定运行。
电流环是指通过对输出电流进行测量与控制，使得输出电流能够稳定在设定值上。
电流环的设计方法主要包括以下几个步骤：1.确定控制目标：首先需要明确电流环的控制目标，即输出电流应该稳定在多少安培。
根据具体应用场景和要求，确定合适的电流控制目标。
2.选择合适的传感器：电流环的设计需要选取合适的传感器进行电流的测量。
常用的电流传感器有电流互感器和电流采样电阻等。
3.建立数学模型：根据电路的特点和控制目标建立数学模型。
可以通过对电路进行等效电路分析和参数提取，建立电路的数学模型。
4.设计控制算法：根据电路的数学模型设计合适的控制算法。
常用的控制算法有比例控制、积分控制、比例积分控制等。
电压电流闭环传递函数
电压电流闭环传递函数电压外环设计电压环控制框图如下。
uo*uoGvG ’i (S)(1/SC+Rs)//Ri L *i L图8 电压环控制框图设计电压环时，我们也希望将其开环特性设计成如下曲线。
曲线2Magnitude （dB ）-40dB-20dB -40dBA BWci曲线3-40dB-20dB -40dBC DWci图9 计划所要设计的电压环（曲线3）上图中，曲线3为我们设计所要达到的电压环特性曲线，尽量做到D 点所对应的频率小于A 点所对应的频率。
为在设计电压环之前，先看一个问题，由之前的电流开环可求出电流闭环传函，)(1)()('s G s G s G io io i +=，其伯德图如下。
-80-60-40-20020M a g n i t u d e (d B )104105106107108-180-135-90-450P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = 42.3 deg (at 1.43e+006 rad/sec)Frequency (rad/sec)图10 电流闭环传函伯德图实际上在B 点之前，对于电压环而言，电流环等效于增益为1、相角为0的环节，这样，在设计电压环时，便可对电流闭环作一简化，将其等效为一比例环节，增益为1。
电压环未加入补偿时,不考虑电感电阻、电容电阻、负载电阻时，电路开路传函为 sCG vo 1=可推测补偿网络传函形式：)1()1(21++=p p v w s s w sk G ，具体参数需要通过Saber 仿真，观察输出电压和电感电流波形找到满足电路输出要求的参数。
在这里，取s rad w s rad w p p /1000,/10021==。
作出该补偿网络的幅频与相频特性曲线图。
图12 电压环补偿网络传函伯德图加入补偿网络后，整个电路系统的开环传函vo v G G s G )(，其特性曲线如下。
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控制电路设计
一、电流环的设计
电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值，使它处于稳定状态，根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下：
IL
其中Vcv 为电压环的输出电压（即系统的参考电压），Vs 为锯齿波的幅值，IL 为电感上的电流，K1为采样的放大倍数。
设置PI 为单零点—单极点补偿网络。
如下图所示：
因为系统的开关频率为100KHZ ，为了避免开关频率对控制环路的影响，穿越频率fci 必须远远小于开关频率，当然为了对系统动态响应的速度，我们希望fci 越大越好，在一般的开关电源中，fci 都小于开关频率的1/10，此处我们设置为开关频率的1/10，即10KHZ 。
补偿网络的传递函数为：211111()R C S G s R C S +=
, 由系统框图可以得系统的开环传递函数为：21211(1)11()1S R C S G S K R C S V SL
+=， 式中：Vs=5V ；L=15uH;
K1=1/100; S=jw;代入上式，当fci=10KHz 时，2()G S =1，令补偿零点角频率1211w R C =在fci/2处，即121
1w R C ==5KHz ，经计算得11R C =62.710-⨯,21R C =4210-⨯,所以
21R R =74，令1R =1K ，得2R =74K ，1C =2.7 nf, 代入得开环传递函数为：2245000()/10
S G S S -+=
，经MATLAB 画出BODE 图如下：
从上图可以看出，在(1/2)fci 频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，可以达到较快的动态响应，由于传递函数以-20dB 的斜率穿越0dB 线，也可以获得足够的相位裕量（64度）。
同时由于从0Hz~(1/2)fci 之间，开环传递函数以-40dB 斜率衰减，可以获得很高的静态增益，从而使得静态误差非常的小。
根据乃奎斯特环路稳定性判据，系统是稳定的，设计也合理。
二、电压环的设计
在电压环的设计中，电流环可视为控制对象的一个环节，因此先得求取电流控制环的闭环传递函数，由前面的电流控制环的开环传递
函数2245000()/10S G S S -+=得闭环传递函数为：3245000()/105000S G S S S -+=++，同理MATLAB 得其BODE 图如下：
根据该闭环传递函数的BODE 图，为了便于分析我们用传递函数44
1()1/10G S S =+近邻代替它来处理，4()G S 的BODE 图如下所示：
再根据整个电路，可以得电压环控制系统的构图如下 ：
PI CA 1/SC K2
K2+
-Vo
框图中Vref 为系统给定电压（2.5V ）,CA 电流环控制单元，K2为输出电压采样放大倍数，Vo 为输出电压，1/SC 为输出阻抗。
PI 调节器采用与电流环结构一样的单极点—单零点补偿网络，如下图所示：
R3R4
C2-
+
由于在fci 以下，电流环增益为1，相位为0，在电压环的设计中，电流环为单位1，为了使整个系统得到较高的中频带宽，设电压环的穿越频率fcv=1KHz,电压环PI 补偿零点角频率242
1w R C =
=(1/2)fcv,设计方法与电流环的设计一样：
在f<fci 下，系统的传递函数为：42532(1)1()2R C S G S K R C S SC +=， 其中K2=2.5/12=1/4.8,C=4700uf, S=jw ，当fcv=1KHz 时，5()G jw =1，代入
计算得42R C =1/500，32R C =59.9110-⨯，所以43
R R =20，取3R =1K ，4R =20K ，2C =0.1uf,将计算结果代入523500()/(1.1210)
S G S S -+=⨯，得BODE 图如下：
由此得出的结果与电流环控制环类似，系统是稳定的。
当f>fci 时，把整个电流环加入系统中，得整个电压环的开环传递函数为： 6234
5001()/(1.1210)1/10S G S S S -+=⨯+，得到BODE 图如下：
由整个BODE 图可知，系统在0—500Hz 时以-40dB 斜率下降，具有较高的静态增益，从而使得静态误差非常的小，在(1/2)fcv(500Hz)频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，并以-20dB 的斜率穿越0dB 线，可以获得足够的相位裕量58度。
当f>fci 时，开环传递函数的以-40dB 斜率下降，从而系统有较大的抗干扰能力。