而主電路與控制電路的總和,即為整個(gè)電源的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。可以從穿越頻率、相位裕量、穿越斜率等參數(shù)看是否已經(jīng)滿(mǎn)足了可靠性的要求,如果不滿(mǎn)足,則反回去修正PI參數(shù),直到滿(mǎn)足為止。
學(xué)過(guò)控制原理的同學(xué)都知道,開(kāi)環(huán)增益是指前饋增益Gvc與反饋增益Gc的乘積PHc=Gvc*Gc。這里的Gvc是上文中的主電路反激拓?fù)涞男⌒盘?hào)傳遞函數(shù),即輸出電壓(濾波前)/原邊峰值電流。注意:并不包括主電路濾波電路的傳遞函數(shù)。而Gc是上文中的控制電路的小信號(hào)傳遞函數(shù),即原邊峰值電流/輸出電流(濾波前)。畫(huà)圖板軟件手繪的整個(gè)電源的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)PHc=Gvc*Gc的框圖如下所示,其中Uo1為輸出電壓(濾波前),Ic為原邊峰值電流。PHc由主電路的傳遞函數(shù)Gvc與控制電路的傳遞函數(shù)Gc組成。主電路的輸入輸出是由左到右,控制電路的輸入輸出是由右到左。
總開(kāi)環(huán)增益?zhèn)骱驁D
對(duì)應(yīng)的總開(kāi)環(huán)增益電路如下:
其中:開(kāi)環(huán)增益=Gvc*Gc=Gvc*(Gc1*Gc2*Gc3)
總開(kāi)環(huán)增益電路
整個(gè)電源的開(kāi)環(huán)增益圖,給人更直觀的感受,是否可靠,一目了然。自此,計(jì)算完成,夠簡(jiǎn)單吧。
總開(kāi)環(huán)增益幅頻相頻曲線(xiàn)
整個(gè)電源系統(tǒng)是否穩(wěn)定,主要看如下4個(gè)指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求:
- 穿越頻率(fc)ωc
- 相位裕量φm
- 增益裕量Kg
- 中頻寬度h
示意圖如下所示:
1、穿越頻率(fc)ωc:
開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性等于0dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率值,稱(chēng)為開(kāi)環(huán)穿越頻率或截至頻率ωc。它表征系統(tǒng)響應(yīng)的快速性能,其值越大,系統(tǒng)的快速性能越好。為了使階躍響應(yīng)不產(chǎn)生超調(diào),穿越頻率ωc應(yīng)位于斜率為-20dB/dec的線(xiàn)段。如果中頻段的斜率為-20dB/dec,則系統(tǒng)必然穩(wěn)定。
2、相位裕量φm:
φ定義為在ω=ωc時(shí)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性相頻特性曲線(xiàn)的相位值φ(ωc)與-180度之差,即φm(ωc)=φ(ωc)+180度。相位裕量φm(ωc)的物理意義:為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定,系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性在ω=ωc時(shí)所允許增加的最大相位滯后量。如果φm(ωc)>0,則系統(tǒng)穩(wěn)定;如果φm(ωc)=0,則系統(tǒng)臨界穩(wěn)定;如果φm(ωc)<0,則系統(tǒng)不穩(wěn)定。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),通常工程領(lǐng)域認(rèn)為φm(ωc)=45度,表示系統(tǒng)局域足夠的相位裕度。
3、增益裕量Kg:
增益裕量Kg,是指相角ωg=180度時(shí)所對(duì)應(yīng)的幅值倒數(shù)的分貝數(shù),即Kg=20*log(1/|T(j*ωg)|)=-20*log|T(j*ωg)| (dB);增益裕量Kg的物理意義:為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定,系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益所允許增加的最大分貝數(shù)。若Kg>0,則系統(tǒng)穩(wěn)定;Kg=0,則系統(tǒng)臨界穩(wěn)定;Kg<0,則系統(tǒng)不穩(wěn)定。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),通常工程領(lǐng)域認(rèn)為Kg>10dB,則系統(tǒng)具有足夠的幅度裕度。
4、中頻寬度h:
開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性以斜率為-20dB/dec過(guò)橫軸的線(xiàn)段在ω軸上所占的寬度稱(chēng)為中頻寬度(或稱(chēng)中頻帶寬),即h=ω2/ω1;中頻帶寬反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度,h愈大,系統(tǒng)的相角裕量愈大。為了得到較好的瞬態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo),中頻寬度應(yīng)該大于規(guī)定的數(shù)值。中頻寬度愈大,階躍響應(yīng)曲線(xiàn)愈接近指數(shù)曲線(xiàn)。如果一個(gè)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)愈接近指數(shù)曲線(xiàn),則穿越頻率ωc和指數(shù)曲線(xiàn)的時(shí)間常數(shù)成反比。但是,中頻帶寬h愈大,高頻噪聲愈大。
從總開(kāi)環(huán)增益幅頻相頻曲線(xiàn)可以看出:
- 穿越頻率fc=0.92~1.25kHz,由于工頻整流頻率為100Hz,開(kāi)關(guān)頻率為65kHz,所以穿越頻率遠(yuǎn)大于工頻整流頻率、遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)頻率,符合穩(wěn)定性要求
- 相位裕量φm=43~54度,大于30度,符合穩(wěn)定性要求,且約等于45度,符合最優(yōu)要求
- 增益裕量Kg=39dB,大于6dB,符合穩(wěn)定性要求
- 中頻寬度h=100,符合穩(wěn)定性要求,但是未達(dá)到h=10的最優(yōu)要求
同時(shí)可看出:
- 中頻穿越斜率=-25~-29dB/10倍頻,約等于-20dB/10倍頻,符合穩(wěn)定性要求
- 低頻增益大,斜率約為-20dB/10倍頻,符合穩(wěn)定性要求,但是未達(dá)到-40dB/10倍頻的最優(yōu)要求
- 高頻增益小,斜率約為-20dB/10倍頻,符合穩(wěn)定性要求,但是未達(dá)到-40dB/10倍頻的最優(yōu)要求
綜上,由總開(kāi)環(huán)增益幅頻相頻曲線(xiàn)可以得出,整個(gè)環(huán)路是穩(wěn)定的。因此環(huán)路設(shè)計(jì)合理,符合穩(wěn)定性要求。