一種寬電壓電源的相位補償方法與流程
2023-10-18 07:26:39
本發明涉及一種相位補償方法，尤其涉及一種寬電壓電源的相位補償方法。
背景技術：
現在的電路設計，很大程度上是通過一系列的仿真成語進行電路的仿真和調試，代替了之前通常在相應硬體實驗室搭建具體的實體電路才能完成的實驗，因而節省了實際硬體開發時間的難度。
但是，現有技術中寬電源的相位補償尚未有一種很好的設計方法，本發明提供了一種寬電壓電源的相位補償方法，可以很好的設計出符合要求的補償電路。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種寬電壓電源的相位補償方法。
為解決上述技術問題，本發明採用了以下技術措施：
一種寬電壓電源的相位補償方法，包括：
s1，使用仿真軟體根據下述公式計算出boost電路在低壓輕載、低壓重載、高壓輕載和高壓重載四種模式下的佔空比d，並設置比較電壓，產生相應pwm來控制開關：
其中，v0為輸出電壓、vi為輸入電壓、i0輸出電流、resr為mosfet管導通電阻、rds(on)為二極體導通電阻，vd為輸出平均電壓。
s2，使用仿真軟體繪製開迴路boost的伯德圖，並根據所述開迴路boost的伯德圖確定開迴路boost中的補償器類型；
s3，使用仿真軟體根據下述公式計算出補償器的電容值c和電阻值r，並繪製出補償器的伯德圖，判斷是否達到相位補償要求，是，則執行步驟s4：
其中，fc為補償的轉折頻率。
s4，根據步驟s3中得到的電容值c和電阻值r調整開迴路boost，以得到閉迴路boost。
進一步的，步驟s1還包括：
s11，根據下述公式確定開迴路boost中的電感值l：
其中，f為mosfet管工作頻率，il為負載電流。
更進一步的，步驟s1還包括：
s12，根據下述公式確定開迴路boost中的電容值c0：
其中，l為電感，δv0為輸出的紋波電壓。
更進一步的，步驟s2還包括：
s21，使用仿真軟體根據下述公式繪製出低壓輕載、低壓重載、高壓輕載和高壓重載四種模式下開迴路boost的伯德圖：
其中，q為系統的品質因數，是由l及c組成，cesr為電容能耗等效電阻，r0為輸出電阻，s為拉普拉斯算子。
與現有技術相比較，本發明具有以下優點：
提供了一種寬電壓電源的相位補償方法，可以通過簡單的建模來迅速設計出所需要的補償電路，且設計出的電路對電源的補償效果良好。所設計電源工作頻帶寬、輸出電壓穩定、紋波小、帶負載能力強、輸出濾波電容小等優點。
附圖說明
附圖1是本發明-實施例的流程示意圖；
附圖2是本發明-實施例的開迴路boost的結構示意圖；
附圖3是本發明-實施例的開迴路boost的伯德圖；
附圖4是本發明-實施例的開迴路boost在低壓輕載、低壓重載、高壓輕載和高壓重載四種模式下的伯德圖；
附圖5是本發明-實施例的補償器的結構示意圖；
附圖6是本發明-實施例的補償器的伯德圖；
附圖7是本發明-實施例的加上補償器的開迴路boost的伯德圖；
附圖8是本發明-實施例的閉迴路boost的結構示意圖；
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。
圖1為本發明提供的寬電壓電源的相位補償方法實施例的流程圖。該方法適用於boost電路。如圖1所示，該方法包括：
s1，使用仿真軟體(本具體實施例中，為mathcad軟體，當然，在其它實施例中，也可以採用其它仿真軟體，此是本領域技術人員可以輕易實現的，不再細說)根據下述公式計算出boost電路在低壓輕載、低壓重載、高壓輕載和高壓重載四種模式下的佔空比d，並設置比較電壓，產生相應pwm來控制開關：
其中，v0為輸出電壓、vi為輸入電壓、i0輸出電流、resr為mosfet管s2(參見圖2)的導通電阻、rds(on)為二極體d2(參見圖2)的導通電阻，vd輸出平均電壓。
具體的，利用伏秒平衡，可以找出式(1)，經由mathcad可以求的d(式(2))，不同的輸入以及輸出，會計算出不同的佔空比，分別是低壓輕載、低壓重載、高壓輕載和高壓重載。
(vi-io(rds(on)+resr))d＝(-vi+vo+vd+ioresr)(1-d)(1)
為了確保電感上的電流能在ccm上，所以針對高壓輕載的模式下設計電感值，若高壓輕載的電感電流在ccm上，在其他模式下電感電流一定會在ccm上。
電感電流為線性變化，再配合電晶體開閉時間，可以找到電感的感值方程式(式(3))
其中，f為mosfet管s2(參見圖2)工作頻率，il為負載電流。
根據上面所設定的規格，輸出電壓漣波要在3％內。
可以知道電容與電壓的關係是δv＝q/c，那麼q＝δi*t*0.5，這裡的i指的是電感上的電流、t為周期，因此把上面所計算的il代進q中，再代進δv＝q/c裡，經由簡化可以表示成式(4)
其中，δv0為輸出的紋波電壓。再經由mathcad可以找出c。
電路參數設計結果如下表所示，設計好的電容以及電感，分別是在高壓輕載以及高壓重載下設計的，四種模式下都使用相同的感值以及容值，不用再次重新設計。
s2，使用mathcad繪製開迴路boost的伯德圖，並根據所述開迴路boost的伯德圖確定開迴路boost中的補償器類型；
具體的，開迴路boost電路如圖2所示，開迴路boost的伯德圖如圖3所示，可以發現在大於100khz時波型明顯有雜訊，原因是simplis在分析電路的時候，如果剛好分析的位置是在操作頻率上，分析出的結果會有問題。而boost電路本身的應用都在低頻段，所以高頻段的增益以及相位可以忽視。
再觀看圖3開迴路的伯德圖，增益圖部分在靠近1khz的位置，增益突然上升，主要是因為電路中的l以及c發生的諧振，讓電路在該頻率時的電感抗以及電容抗相互抵消，所以增益會提升，那麼諧振頻率也是可以計算的，計算公式如式(5)所示。
經由simplis結果頻率大約是落在500hz，經由計算則是落在507hz。
就開迴路的boost電路而言，phasemargin為-16.5度(-196.5-(-180))，gainmargin為23.69db。
除了要知道繪製出電路的伯德圖外，還要得知四種狀態下的伯德圖曲線，在mathcad中找到一個worstcase，在把這個worstcase做補償器的設計。
根據運算可以知道開迴路的轉移函數為
其中，q為系統的品質因數是由l及c組成，cesr為電容能耗等效電阻，r0為輸出電阻，s為拉普拉斯算子。公式如下：
根據四種不同形態找出不同的d值，l、c已經在上段的條件中設定完成，所以根據上述的條件可以藉由mathcad畫出四種不同形態的伯德圖，四種不同的伯德圖如圖4所示。
透過伯德圖可以發現，在低壓重載下的相同頻率相位掉落的最多，因此要對這個形態進行補償。
s3，使用mathcad根據下述公式計算出補償器的電容值c和電阻值r，並繪製出補償器的伯德圖，判斷是否達到相位補償要求，是，則執行步驟s4：
其中，fc為補償的轉折頻率。
具體的，補償器電路如圖5所示，設計方法就是將補償點設計在100hz上，藉由公式(式6)可以設計出r以及c。
假設r1為100kω、fc為補償點為100hz套進式(6)可以求出c1電容，確認好容值以及阻值後，要利用mathcad繪製出補償器的伯德圖，以確認補償器設計是否正確。
補償器的伯德圖如圖6所示，可以明確地看到在100hz時增益為0db，pm也確實在90。，能夠確認補償器的設計是對的。因此再把補償器與開迴路電路結合，再觀察一次伯德圖，如圖7。
從圖6可以發現重新設計後的補償器確實已經符合要求100hz在0db，圖7的相位圖得到相角餘量為90°，達到設計要求。
s4，根據步驟s3中得到的電容值c和電阻值r調整開迴路boost，以得到閉迴路boost，如圖8。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。