电源适配器环路设计及控制技术探讨

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电源适配器环路设计及控制技术探讨

由于平板电脑电源适配器缺乏控制理论方面的知识在刚接触反馈环路的时候对其中的很多名词不是很明白，这次准备采用图解的方法逐一的搞清楚这些名词并且试图找出一种便捷的设置零、极点的方法。大家可以分享。共同探讨，进步。

在经典控制理论中经常看到PID控制（比例、积分、微分），这三者是独立的互不影响的所以容易调节。零极点的方法同PID有异曲同工之妙，如果有被控系统的精确模型那么只要在bode图上移动零极点并采用加减运算就能得出较理想的控制效果，貌似比PID还简单（PID的优点是无需被控系统的模型）。如何理解零极点、双重零极点、斜率-1过穿越频率、条件稳定、1/2fs采样定理等等将是首先探讨的问题。

采样频率和被控对象的数学模型有什么必然的联系？PID中的参数因相互独立容易实现“盲调”，比如工程上不容易建模，被控对象又不复杂的，经常会采用如下口诀
参数整定找最佳，从大到小顺序查
先是比例后积分，最后再把微分加
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢，积分时间往下降
曲线波动周期长，积分时间再加长
曲线振荡频率快，先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波，前高后低4比1
一看二调多分析，调节质量不会低

图1-1-1 单极点1—RC低通滤波器
单极点的特性如图1-1-1所示可用一个RC低通滤波器来表述。随着输入信号频率的增加输出的电压幅值不断下降相位逐渐逼近-90度（相位滞后）。
符合这一特性的还有LR低通滤波器，见下图：

图1-1-2 单极点2—LR低通滤波器
从两张图可以看出极点的特性是使信号幅值发生衰减这对系统稳定有益，不过相位滞后不利于系统稳定。从bode图上看极点就是使增益曲线发生顺时针旋转的拐点，从公式上看就是能使分母等于零从而得到一个极大值（后面提到的原极点会比较明显）。

如果将图1-1-1和图1-1-2串联起来使用对幅值的衰减能力更强，其幅频特性和相频特性曲线如下：

图1-1-3中红色曲线为单极点蓝线虚线为两个单极点串联，串联后幅频曲线由斜率-1变为了斜率-2，相位由-90度滞后为-180度，这就是双极点的特性。
一般电路中的双极点是由LC电路产生的，理想的不带寄生电阻的LC双极点图如下：

在图1-1-1中如果电容取无穷大（或RC无穷大）其极点频率fp=1/(2πRC)将无限接近于零，变成了过零点的极点——零极点（或称原极点）。这时RC电路无限接近于积分电路，在实际补偿环路中一般就是用积分电路来实现的零极点。

从公式上看当频率f=0时分母等于零传递函数的增益无穷大，所以零极点可以用来提升静态增益（零频增益）。在补偿环路中零极点一般是必须和首先增加的环节。

零点的特性刚好跟极点相反，对信号的幅值进行放大同时相位产生+90度偏移（相位超前），前者不利于系统稳定后者有益于系统稳定。由于要对信号进行放大所以单零点电路要借助于运放来搭建。

如图1-2-1从bode图上看零点就是增益曲线发生逆时针旋转的拐点，从公式上看零点在分子上可以使方程得到零值。
图1-2-1中的电路两个串联就构成了双零点电路，幅频特性和相频特性曲线如下：

如果将图1-1-1的单零点和图1-2-1的单极点串联起来使用结果会如何？

图1-2-3 零点、极点重合
图1-2-3显示当零、极点重合后输出信号和输入信号一致不发生任何改变。从这里可以得出一个结论：极点可用零点来补偿零点可用极点来补偿，双极点可用双零点来补偿。

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| 发布时间：2019.03.23 来源：电源适配器厂家

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