Mengapa kami memberi kompensasi pengontrol PWM?

Saya telah mempelajari catu daya mode sakelar untuk sementara waktu. Saya telah memahami prinsip kerja beberapa topologi umum. Tetapi ada detail dalam struktur sirkuit kontrol yang masih saya tidak mengerti. Kami menggunakan dan untuk "mengkompensasi" umpan balik tegangan. Tapi kenapa? Saya melihat banyak contoh desain praktis dalam lembar data pengontrol PWM IC. Hampir semuanya termasuk teknik kompensasi RC ini. Tetapi tidak satupun dari mereka yang menyebutkan bagaimana memilih nilai dan . Mengapa kita membutuhkan kompensasi seperti itu dan bagaimana kita menentukan nilai dari elemen-elemen ini?$R_c$$C_c$$R_c$$C_c$

Ini adalah teori kontrol dan umpan balik mendasar. Terima kasih, Tn. Lyapunov , Tn. Black , dan Tn . Nyquist .

Pertimbangkan bahwa setiap orang di mana pun selalu menginginkan output dari catu daya mereka memiliki tegangan yang tepat, apa pun yang terjadi. Bagaimana cara mengaturnya? Cara terbaik yang kami ketahui adalah dengan menggunakan umpan balik.

Mengumpankan sampel dari tegangan output, dan arus, kembali untuk membandingkan terhadap beberapa standar referensi. Karena umpan balik negatif, atau karena perbedaan diambil antara kuantitas output dan referensi, sinyal kesalahan diperoleh.

Di contoh sirkuit Anda, perbedaan antara Vref dan Vfb diambil di Galat Amp untuk mendapatkan Verr. Untuk akurasi terbaik, Verr perlu diminimalkan, jadi amp Error juga menerapkan gain, banyak gain, semakin banyak semakin baik.

Ini seperti situasi tanah virtual dengan OpAmp. OpAmp memiliki banyak keuntungan, outputnya diumpankan kembali ke input dengan cara negatif, dan perbedaan antara input positif dan input negatif menjadi hampir nol. Jika OpAmp ideal dengan gain tak terbatas perbedaan antara input adalah nol. Ide dasarnya sama dengan pengontrol PWM, meskipun dengan tahapan ekstra. Menurut ide ini, Anda hanya perlu penguatan dan bandwidth tak terbatas dalam ampli kesalahan (dan yang lainnya) untuk mencapai apa yang semua orang inginkan setiap saat.

Bandwidth Tak Terbatas? Berhenti disini

Jika semua tahapan loop memiliki bandwidth tak terbatas, hanya itu yang akan terjadi. Tidak ada kompensasi yang dibutuhkan. Tapi, ada batas bandwidth di mana-mana.

Pertama, ada frekuensi Nyquist dari sampling PWM. Karena pengambilan sampel sekali per periode PWM, gain dan fase dari modulator daya, semua yang ada di diagram Anda antara output amp Error dan input filter output, akan mogok seperti beban batu bata yang melewati tebing pada frekuensi Nyquist.

Kemudian karena fungsi catu daya switching oleh waktu sampling berbagai tegangan, setidaknya Vin dan Vin Rtn, output mentah itu agak bergelombang dan disaring untuk dihaluskan. Filter selalu menyediakan setidaknya 2, terkadang lebih, dan biasanya kutub yang kompleks. (Beberapa orang akan mengatakan bahwa kontrol mode saat ini menunggangi salah satu kutub, tetapi benar-benar hanya bergerak keluar sehingga Anda tidak terlalu peduli tentang hal itu.) Dua kutub plus memberikan 180 Derajat kehilangan fase, yang dengan negatif umpan balik dan banyak keuntungan akan membuat osilator yang luar biasa.

Kita masih membutuhkan banyak loop gain terutama pada frekuensi rendah untuk mengatasi kesalahan output dan riak listrik, tetapi bagaimana menangani semua pergeseran fasa saat frekuensi naik? Buat integrator dari loop. Dengan cara itu, gain maksimum tinggi di DC, tetapi turun 20dB per dekade, hanya menambah 90 derajat pergeseran fasa pada frekuensi yang lebih tinggi. Akhirnya, lebih banyak kutub yang muncul, jadi penguatan loop disesuaikan untuk mendapatkan gain keseluruhan kurang dari 0dB saat itu.

Sebagian besar yang diperlukan untuk mengubah loop menjadi integrator dilakukan oleh Error amp dan kompensasinya. paling sederhana akan memiliki kompensasi untuk satu kutub, yang bentuknya ada di diagram Anda dengan dan . Kompensasi semacam ini bekerja cukup baik untuk loop dengan kontrol mode saat ini dan Flyback yang tidak seimbang, yang akan memiliki kutub dominan pada tutup dan keluaran filter keluaran ( ~ ). Dalam hal ini dan dipilih untuk menutupi kutub itu, dan untuk mengatur gain amp Error untuk melewati 0dB sebelum kutub lain muncul.$R_c$$C_c$$f$$\frac{1}{2\pi R_o C_o}$$R_c$$C_c$

Ini jarang dilakukan dengan coba-coba, karena ada banyak cara untuk mengacaukan loop dan hanya beberapa cara untuk membuatnya benar.

Anda juga harus tahu bahwa diagram yang direferensikan adalah kasus khusus, tetapi favorit. Kesalahan amp sebenarnya bukan OpAmp, melainkan amp transkonduktansi, mengubah tegangan menjadi arus. Itu sebabnya dan ditampilkan pergi ke tanah bukannya input pembalik. Vc akhirnya menjadi keluaran amp Error saat ini impedansi dan . Ini adalah kasus favorit karena amp transkonduktansi lebih mudah dibuat di IC, sehingga sangat umum digunakan dalam pengontrol PWM.$R_c$$C_c$$R_c$$C_c$

Ada pertanyaan di situs ini yang terkait, berikut adalah pasangan:

stabilitas bersyarat

Kontrol Teori Meningkatkan Konverter

Ini satu dari TI tentang amp Kompensasi .

Jika Anda melihat gain loop terbuka sistem, Anda akan melihat bahwa menutup loop akan menyebabkan sistem berosilasi sendiri tanpa menggunakan komponen kompensasi yang sesuai.

Bayangkan Vfb tidak terhubung kembali ke amp error tetapi Anda memantaunya pada O-scope. Atur input + pada ampli error ke beberapa nilai dc yang mencolok dan ganti Vref dengan input osilator.

Hapus komponen kompensasi.

Sapu input dari DC hingga beberapa MHz dan lihat sinyal Vfb loop terbuka. Apa yang Anda perhatikan adalah bahwa ada gain tinggi pada frekuensi rendah dan ini semakin kecil seiring meningkatnya frekuensi. Anda juga melihat perubahan fasa dalam sinyal dan pada frekuensi tinggi yang tak terduga sinyal Vfb pada akhirnya akan menggeser fase sehingga jika Vfb terhubung akan ada umpan balik positif dan seluruh rangkaian akan menjadi osilator.

Sirkuit kompensasi ada untuk mencegah pergeseran fasa atau membuat loop terbuka kurang dari satu pada titik ketika sinyal bergeser dalam fasa.

Ini menstabilkan sistem.

Bagaimana Anda memilihnya? Mungkin coba-coba dalam banyak kasus karena mungkin lebih cepat daripada melakukan matematika.