零点的电路形式如下,它就是一个低通滤波器;
低频滤波电路
单零点的补偿电路实现方式以及Bode图如下:
单零点电路以及Bode图
为了实现开关电源的宽带宽,通常在积分环节之后,总是要加几个左半平面的单零点环节来提升系统环增益的相位,保证系统的稳定性。通常这种左半平面零点在开关电源的补偿电路中是不可缺少的。它的加入能提升开关电源这种系统的相位裕量,但会降低对高频扰动的抑制能力,因此在补偿电路中,还要加上相同数量的左半平面单极点来增强系统对高频扰动的抑制能力。
左半平面的单零点环节除了会在开关电源的补偿电路中出现以外,在开关电源的功率级传递函数中也会出现。例如DCDC功率变换器中因输出滤波电容ESR所等效的左半平面单零点。这个功率级输出滤波电容所引入的单零点位置,从小信号稳定性考虑,宜低一点,也即ESR应大一点;但从开关纹波考虑,则宜高一点,也即ESR应小一点。所以功率级中的输出滤波电容选取应根据稳态和动态要求进行折中。
单极点补偿电路实现方式以及Bode图如下:
单极点电路及Bode图
其实我们可以把它看成一个等效的一阶低通滤波器,该一阶低通滤波器的转折频率即为其极点频率。
为了实现开关电源的宽带宽,通常在积分环节之后,先要加几个左半平面单零点环节来提升系统环增益的相位,然后再加个左半平面单极点来提高系统康高频扰动的能力。所以这种左半平面单极点在开关电源的补偿电路中是不可缺少的。它的加入能大大提高开关电源这种系统的抗干扰能力。但左半平面的单极点环节并不是越多越好,在采用光耦隔离的开关电源中,由于光耦的延迟效应,在光耦电路中往往也会引入一个等效的左半平面极点,这个极点的位置与所用的光耦有关,正是由于光耦的这种特性,使得采用光耦隔离的开关电源,所能实现的带宽比非隔离开关电源所能实现的带宽要低很多。
双极点的电路形式如下:
双极点LC电路
双极点环节一般只出现在开关电源的功率级小信号传递函数中,从物理意义上,可以把它理解为一个二阶低通滤波环节,由于功率变换器要实现输出电压的低开关纹波,所以这个环节的双极点频率要低很多,它由功率变换器的开关频率、输出滤波电感、输出滤波电容及其ESR决定。正式因为多数功率变换器在CCM下都有这个双极点环节,所以在用电压型控制的开关电源中,为了能实现稳态的无静态误差,必须在补偿方案中先用一个积分环节(引入零频率极点,提高低频增益),加上积分环节后,系统环增益的最大相位就可能滞后-270度,为了实现足够的带宽,就要再在补偿器的合适频段中,加上两个左半平面的单零点,来提升开环增益的相位,单所加的零点会带来电源抗干扰能力的降低,因此还得在零点之后再加一个左半平面的单极点来保证开环增益对高频扰动所需要的抑制能力。由此可以看出,对于一个具有二阶双极点的功率变换器,在采用电压型控制模式时,它的补偿器可以选择为具有下列传递函数的结构来实现。
单零点双极点补偿电路实现以及Bode图如下:
单零点双极点电路及Bode图
单零点双极点一般适用于功率部分只有一个极点补偿。如:所有电流型控制和非连续方式电压型控制。零点越低,相位提升越明显,但低频增益也越低;极点的选取一般时用来抵消ESR零点或RHZ零点引起的增益升高,保证增益裕度。
双零点三极点补偿电路实现以及Bode图:
双零点三极点电路及Bode图