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开关电源负载响应与环路控制讨论

7V200A电源,在脉冲式开关负载下有叫声.
    脉冲频率100Hz- 1KHz,占空比10%,上升沿10uS.  

    在开关电源输出与负载间串入MOS管作为负载开关,用以上脉冲控制MOS管开关.

    测误差放大器输出波形,可以看到误差放大器输出已是低频间歇振荡.
    
    500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311228890280.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
  
    上图中上面波形是负载开关控制信号,频率100Hz,5V/DIV.
    上图中下面波形是误差放大器输出波形,有间歇.2V/DIV

    500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311229000524.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
    上图中上面波形是负载开关控制信号,频率100Hz,5V/DIV.
    上图中下面波形是电源输出波形.2V/DIV.

    在此工作条件下,电源环路已严重失去平衡.
    请大家指教如何改善?
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m99999
LV.6
2
2008-12-10 16:32
控制回路
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311228897794.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

输出LC滤波
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311228897817.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

输入电压220VAC
输出7V200A
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m99999
LV.6
3
2008-12-11 18:04
@m99999
控制回路[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311228897794.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">输出LC滤波[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311228897817.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">输入电压220VAC输出7V200A
在脉冲期间,也就是负载接通瞬间,输出电压有一个比较大的下降.
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st.you
LV.10
4
2008-12-11 19:05
@m99999
在脉冲期间,也就是负载接通瞬间,输出电压有一个比较大的下降.
C37去掉可能会好一些.
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m99999
LV.6
5
2008-12-11 20:57
@st.you
C37去掉可能会好一些.
C37减小和去掉都试过了,没有改善.去掉更差一些.
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morning
LV.7
6
2008-12-11 22:55
@m99999
C37减小和去掉都试过了,没有改善.去掉更差一些.
那C37有没有加大试试呢?加快反馈的速度
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st.you
LV.10
7
2008-12-12 20:13
@m99999
C37减小和去掉都试过了,没有改善.去掉更差一些.
R68改小一点,如几百欧姆
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m99999
LV.6
8
2008-12-13 13:04
@st.you
R68改小一点,如几百欧姆
R68改到过510欧,1K,对结果影响不大.
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powersys
LV.3
9
2008-12-14 00:44
1 未看到全图不好下结论, 首先的问题是采样点,由于电压采样点在7uH和26000uF滤波电路前,导致输出动态不能反馈到控制延时过大.你试看看采样点Vo,应该还是可以的.
2 解决方法:减小7uH电感和26000uF电容,可以看到效果.
3 环路中还有一些小问题,例如后一级的LM358不必要,LM358带宽不够易影响环路设计.(LM358本身产生极点).不过最关键是采样点延迟.
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m99999
LV.6
10
2008-12-14 08:46
@powersys
1未看到全图不好下结论,首先的问题是采样点,由于电压采样点在7uH和26000uF滤波电路前,导致输出动态不能反馈到控制延时过大.你试看看采样点Vo,应该还是可以的.2解决方法:减小7uH电感和26000uF电容,可以看到效果.3环路中还有一些小问题,例如后一级的LM358不必要,LM358带宽不够易影响环路设计.(LM358本身产生极点).不过最关键是采样点延迟.
谢谢!
你说的很对.昨晚进行了测试,发现采样点(前级LC)与输出点(后级LC)之间存在很大延迟.
今天去掉后级LC试试.
LM358已换成了TL082.
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m99999
LV.6
11
2008-12-14 10:59
@m99999
谢谢!你说的很对.昨晚进行了测试,发现采样点(前级LC)与输出点(后级LC)之间存在很大延迟.今天去掉后级LC试试.LM358已换成了TL082.
去掉后级LC后,由于输出点是取样点,脉冲时输出端电压降落由原来2V多点降到了0.8V. 误差放大器的反应还是慢了一点点.在输出电压降落到最低点时,误差放大器输出才到最高点,而且输出有一点延迟.
   如何能让误差放大器在电压刚降时就迅速摆到最高,而又稳定?
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m99999
LV.6
12
2008-12-14 11:53
@m99999
去掉后级LC后,由于输出点是取样点,脉冲时输出端电压降落由原来2V多点降到了0.8V.误差放大器的反应还是慢了一点点.在输出电压降落到最低点时,误差放大器输出才到最高点,而且输出有一点延迟.  如何能让误差放大器在电压刚降时就迅速摆到最高,而又稳定?
因为电源输出纹波要求非常小,后级LC无法去掉.
如果把取样改在后级LC,也就是输出上,环路多了一级相移,误差放大器应如何改进?
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powersys
LV.3
13
2008-12-14 12:14
@m99999
因为电源输出纹波要求非常小,后级LC无法去掉.如果把取样改在后级LC,也就是输出上,环路多了一级相移,误差放大器应如何改进?
第二级可以加,但电感不能太大.你把7UH改成零点几uH以下,调节环路应可以稳定.
如果电解电容不是太烂,输出的开关纹波也不会太大.
环路中R68太大,换成几十欧以下.

如果有主电路参数,电容具体型号,电感直流电阻,很容易分析具体参数该如何设置.
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m99999
LV.6
14
2008-12-14 14:33
@powersys
第二级可以加,但电感不能太大.你把7UH改成零点几uH以下,调节环路应可以稳定.如果电解电容不是太烂,输出的开关纹波也不会太大.环路中R68太大,换成几十欧以下.如果有主电路参数,电容具体型号,电感直流电阻,很容易分析具体参数该如何设置.
电源纹波在满载要求30mV以下,后级L太小不好满足.如果L降低到3uH左右,是否可以调过来.
    电路中电容实际用的是1500uF/16V的,图中写错了.用的是低esr的,Resr=0.035欧,纹波电流=1.6A;
    前级电感直流电阻=0.0018欧,电感量=8uH;
    后级电感直流电阻=0.0017欧,电感量=7uH;
    后级电感如果改为4uH,直流电阻约=0.0011欧.
    请看能否分析设置参数.
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powersys
LV.3
15
2008-12-14 16:49
@m99999
电源纹波在满载要求30mV以下,后级L太小不好满足.如果L降低到3uH左右,是否可以调过来.    电路中电容实际用的是1500uF/16V的,图中写错了.用的是低esr的,Resr=0.035欧,纹波电流=1.6A;    前级电感直流电阻=0.0018欧,电感量=8uH;    后级电感直流电阻=0.0017欧,电感量=7uH;    后级电感如果改为4uH,直流电阻约=0.0011欧.    请看能否分析设置参数.
这样很难稳定,理论上可能无解.

开关频率是多少?

我觉得比较可行的方法还是减小L2,纹波可以用其它方法解决.
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m99999
LV.6
16
2008-12-14 18:03
@powersys
这样很难稳定,理论上可能无解.开关频率是多少?我觉得比较可行的方法还是减小L2,纹波可以用其它方法解决.
开关频率50KHZ.
如果L2降到0.4uh,降纹波还有什么其它的好办法?
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powersys
LV.3
17
2008-12-14 19:19
@m99999
开关频率50KHZ.如果L2降到0.4uh,降纹波还有什么其它的好办法?
主电路是半桥或全桥电路吧,即使L2在1UH以下,纹波应该容易在30mV以下.你可以试一下减L2后,纹波实际有多大.
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m99999
LV.6
18
2008-12-14 20:13
@powersys
主电路是半桥或全桥电路吧,即使L2在1UH以下,纹波应该容易在30mV以下.你可以试一下减L2后,纹波实际有多大.
主电路是全桥移相.
今天测了一下L2减到4uH后,输出纹波峰峰值满载时18mV.仍是可以的.但4uH显然太大,明天再减到1uH以下再试.
纹波里面最要命的是开关管导通沿和截止沿时整流二极管的尖刺.没有后面电感不好降下来.
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powersys
LV.3
19
2008-12-14 20:36
@m99999
主电路是全桥移相.今天测了一下L2减到4uH后,输出纹波峰峰值满载时18mV.仍是可以的.但4uH显然太大,明天再减到1uH以下再试.纹波里面最要命的是开关管导通沿和截止沿时整流二极管的尖刺.没有后面电感不好降下来.
开关尖峰相对纹波要好处理一些,输出部分这么多电解,走线是最重要的.
如果尖峰大,不如加吸收更容易些.
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m99999
LV.6
20
2008-12-15 09:24
@powersys
开关尖峰相对纹波要好处理一些,输出部分这么多电解,走线是最重要的.如果尖峰大,不如加吸收更容易些.
如果L2取1uH,采样用复合取样,也就是主取样在前级LC,再从后级LC取样过来作为辅助取样.这种方案可行吗?
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311229304235.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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kinderla01
LV.5
21
2008-12-15 10:09
@m99999
如果L2取1uH,采样用复合取样,也就是主取样在前级LC,再从后级LC取样过来作为辅助取样.这种方案可行吗?[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311229304235.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
记号
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m99999
LV.6
22
2008-12-15 21:11
@kinderla01
记号
今天把L2改为0.44uH.
1.未对输出纹波产生影响,满载时仍为18mV.
2.脉冲时对输出电平的影响:
  原来L2=7uH时,输出下降2V多一点.
  改为0.44uH后,输出下降1.1V.
  对输出下降显著改善.

  现在脉冲负载时输出下降的问题有两部分:
  1.输出L2电感对取样仍有一点延迟.
  2.误差放大器的输出对取样有延迟.
  而且在L2减小后,误差放大器的输出对取样有延迟现在占主要部分.
  如何让误差放大器延迟小一点?

  下图为L2后与L2前(取样点)的延迟:
   500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311229346565.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

  下图为误差放大器输出与取样点间延迟:
  500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311229346392.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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powersys
LV.3
23
2008-12-15 23:57
@m99999
今天把L2改为0.44uH.1.未对输出纹波产生影响,满载时仍为18mV.2.脉冲时对输出电平的影响:  原来L2=7uH时,输出下降2V多一点.  改为0.44uH后,输出下降1.1V.  对输出下降显著改善.  现在脉冲负载时输出下降的问题有两部分:  1.输出L2电感对取样仍有一点延迟.  2.误差放大器的输出对取样有延迟.  而且在L2减小后,误差放大器的输出对取样有延迟现在占主要部分.  如何让误差放大器延迟小一点?  下图为L2后与L2前(取样点)的延迟:  [图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311229346565.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">  下图为误差放大器输出与取样点间延迟:  [图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311229346392.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
祝贺取得进展.
如果是这样,不如直接从最后取,差模电感太大时反而因为寄生电容大而取不得对尖峰的滤波作用.

另外,在什么都不变的情况,增大增益,方法可以把反馈电阻增大的同时,反馈电容减小.看看有多少增益裕量.

离开成功只差一步了,有信心就会成功.
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m99999
LV.6
24
2008-12-16 09:33
@powersys
祝贺取得进展.如果是这样,不如直接从最后取,差模电感太大时反而因为寄生电容大而取不得对尖峰的滤波作用.另外,在什么都不变的情况,增大增益,方法可以把反馈电阻增大的同时,反馈电容减小.看看有多少增益裕量.离开成功只差一步了,有信心就会成功.
谢谢!
   昨晚最后又把L2改为0.11uH了,取样从后面取的,输出下降减小为0.7V,但C81改为103才稳定输出.
   现在主要是误差放大器的延迟在起作用了.误差放大器延迟大约40uS.是否可以减小?

   今天再试试L2改为0.11后对输出纹波的影响.
   增益曾经改大过,今天再试试.
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m99999
LV.6
25
2008-12-16 17:19
@m99999
谢谢!  昨晚最后又把L2改为0.11uH了,取样从后面取的,输出下降减小为0.7V,但C81改为103才稳定输出.  现在主要是误差放大器的延迟在起作用了.误差放大器延迟大约40uS.是否可以减小?  今天再试试L2改为0.11后对输出纹波的影响.  增益曾经改大过,今天再试试.
今天测了一下把L2改为0.11uH,输出纹波比原来还有所减小.
取样在L2前,脉冲时输出下降0.8V,取样在L2后,输出下降0.7V,后级电感已基本影响不大了.
   剩下的主要是误差放大器的延迟了.
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m99999
LV.6
26
2008-12-16 17:20
@m99999
今天测了一下把L2改为0.11uH,输出纹波比原来还有所减小.取样在L2前,脉冲时输出下降0.8V,取样在L2后,输出下降0.7V,后级电感已基本影响不大了.  剩下的主要是误差放大器的延迟了.
谢谢以上各位的帮忙.
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zkybuaa
LV.5
27
2008-12-16 20:15
@m99999
控制回路[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311228897794.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">输出LC滤波[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/72/388311228897817.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">输入电压220VAC输出7V200A
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powersys
LV.3
28
2008-12-16 21:09
@m99999
谢谢以上各位的帮忙.
正常情况下动态响应主要取决于两个因素,一是控制的带宽,二是功率的限制.除了环路的响应外,功率也是限制因素.因此需要判断一下,是否已经到了功率限制或限流值.另外需要关注的是原边直流母线电压,如果原边跌落太多,也可以能瞬间输不出功率.

环路的动态响应还有些特殊的技巧,根据现在的结果,动态响应已不是什么困难了.
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小浩
LV.5
29
2008-12-17 11:35
关注,学习一下.
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aipoul
LV.3
30
2012-08-23 13:20
@powersys
正常情况下动态响应主要取决于两个因素,一是控制的带宽,二是功率的限制.除了环路的响应外,功率也是限制因素.因此需要判断一下,是否已经到了功率限制或限流值.另外需要关注的是原边直流母线电压,如果原边跌落太多,也可以能瞬间输不出功率.环路的动态响应还有些特殊的技巧,根据现在的结果,动态响应已不是什么困难了.

I always focus on it

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