Spannungsmodussteuerung eines DC-DC-Abwärtswandlers

Meine vorherige Frage betraf einen Abwärtswandler im Hysterese-Stil:

Buck Converter Control Scheme - Warum reicht ein Komparator nicht aus?

Nach dem, was ich aus früheren Antworten entnommen habe, würde ein Abwärtswandler im Hysterese-Stil nicht effizient arbeiten, da die Schaltfrequenz nicht konstant ist, was zu einer Ausgangswelligkeit führt.

Hier ist das Schema des Standardschemas für den Spannungssteuerungsmodus:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Regelkreis besteht aus zwei Hauptteilen: Fehlerverstärker und Spannungskomparator. Ein Fehlerverstärker ist ein Differenzverstärker mit hoher Verstärkung.

Ich verstehe, dass die Fehlerspannung mit einem Sägezahn (mit fester Frequenz) verglichen wird, um die Schaltfrequenz konstant zu halten, und der Ausgang des Komparators (VR) das Tastverhältnis steuert.

Welche Funktion hat hier ein Fehlerverstärker?

Selbst wenn der Ausgang direkt mit einer Sägezahnwelle verglichen worden wäre, wäre die Schaltfrequenz konstant geblieben.

Was ich gelesen habe, ist, dass ein Fehlerverstärker in diesem Fall im Wesentlichen ein Integrator ist. Wie hilft hier ein Integrator? Ist die Funktion des Kondensators nur eine Frequenzkompensation?

Helfen Sie mir! Dies ist ein schwieriges Thema für mich und es sind nicht viele Ressourcen verfügbar :(

** Update ** Der Ausgang des Integrators wäre eine Rampe mit negativer Steigung bei sehr niedrigen Frequenzen. Wie hilft das? Warum nur ein Integrator?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wer hat gesagt, dass der Hysterese-Stil zu einer erhöhten Welligkeit führen würde? Der Punkt der Hysteresesteuerung besteht darin, eine bestimmte Welligkeit sicherzustellen ... die Frequenz variiert je nach Last und ja, dies erhöht die Schaltverluste. Aber lassen Sie uns die FUD da raushalten. Solange die Bandbreite des Controllers größer als die Lastantwort ist, ist es in Ordnung. SwitchReluctance-Maschinen werden normalerweise mit Hysterese-Soft-Switching-Schemata gesteuert
Das ist nicht das Schema eines Spannungsmoduswandlers. Sie vergleichen den Ausgang des Fehlerverstärkers mit dem Strom in der Induktivität. Eine traditionelle Spannungsmodus-PWM hat einen Sägezahngenerator an diesem Eingang zum Komparator und den PWM-Ausgang des Komparators, der den Schalter ansteuert. Ihr Schaltplan zeigt die Strommodussteuerung.

Antworten (1)

Ihr Schaltplan zeigt die Strommodussteuerung.

Bei der Spannungsmodussteuerung vergleicht der Fehlerverstärker die Ausgangsspannung mit einer Referenz und liefert dann einen Ausgang, der kompensiert und mit einer Sägezahnwelle verglichen wird, die das PWM-Tastverhältnis variiert, um den Fehler zu verringern.

Bei niedrigen Frequenzen (insbesondere DC) möchten wir, dass der Fehler so klein wie möglich ist, daher möchten wir, dass der Fehlerverstärker / die Fehlerkompensation wie ein Integrator aussieht. Jeder Fehler baut sich dann auf und treibt die PWM an, um den Fehler auf Null zu zwingen. Nur ein Nullfehler ermöglicht es dem Ausgang der Kompensation, bei DC einen stationären Zustand zu erreichen.

Wenn wir nur einen Integrator für die Kompensation verwenden würden, müssten wir die Schleife bei einer sehr niedrigen Frequenz schließen, was ein schlechtes Einschwingverhalten bedeuten würde (schlechte Unterdrückung von Störungen). Das liegt daran, dass ein Integrator eine Phasenverschiebung von 90 Grad bereitstellt und wir die Schleife deutlich unterhalb der LC-Ausgangsfilterresonanz schließen müssten, die weitere 180 Grad Phasenverschiebung liefert. Wir wären auch nicht in der Lage, Transienten zu kontrollieren, die das Ausgangsfilter zum Klingeln bringen, da unsere Steuerbandbreite niedriger als die LC-Resonanzfrequenz wäre. Trotzdem wollen wir für eine gute DC-Regulierung einen Pol auf DC setzen.

Das Ausgangsfilter LC ist 2-polig. Um diese beiden Pole aufzuheben, können wir also 2 Nullen in die Kompensation einfügen. Jetzt haben wir immer noch diese 90-Grad-Phasenverschiebung, bis die Schaltfrequenzeffekte und die Fehlerbandbreite des Verstärkers eintreten.

Mit den zwei Nullen, die wir im Kompensator bilden, bekommen wir auch ein paar Pole (ob wir wollen oder nicht).

Also haben wir einen zusätzlichen Pol in der Kompensation irgendwo um die halbe Schaltfrequenz herum platziert, um Rauschen und Welligkeit herauszufiltern, und einen Pol an der Nullfrequenz des Kondensator-ESR, um dies aufzuheben. Jetzt können wir die Schleife bei einer vernünftigen Frequenz mit einem vernünftigen Phasenspielraum schließen und trotzdem eine gute DC-Genauigkeit erzielen.

Könntest du bitte das Update überprüfen?
Der Schaltplan zeigt nun einen herkömmlichen PWM-Abwärtswandler mit fester Frequenz im Spannungsmodus. Wenn das, was ich oben geschrieben habe, nicht klar ist, sollten Sie anfangen, die Kontrolltheorie zu studieren, das wird Ihnen helfen zu verstehen, was der Zweck der Kompensation ist.
Danke, ich verstehe, warum die Kompensation hier erforderlich ist. Ich muss die Kontrolltheorie richtig studieren, um Ihre Antwort vollständig zu verstehen. Ich hatte gedacht, dass der einzige Grund, warum ein Integrator verwendet wird, die Frequenzkompensation ist. Aber laut Ihrer Antwort: "Bei niedrigen Frequenzen (insbesondere DC) möchten wir, dass der Fehler so klein wie möglich ist, daher möchten wir, dass der Fehlerverstärker / die Fehlerkompensation wie ein Integrator aussieht. Jeder Fehler baut sich dann auf und treibt die PWM an zwinge den Fehler auf Null." Wie reduziert die Verwendung eines Integrators den Fehler?
Der Ausgang der Kompensation ändert das PWM-Tastverhältnis in die Richtung, um den Fehler zu reduzieren, richtig? Überlegen Sie also, was der Ausgang eines Integrators selbst bei kleinsten stationären Fehlern macht. Die Sprungantwort eines Integrators ist eine Rampe, richtig? Jeder DC-Fehler führt also dazu, dass der Integratorausgang ansteigt oder abfällt und die PWM ändert, bis der Fehler genau Null ist. (Unter der Annahme eines idealen Verstärkers usw.)
Danke schön! Ich muss die Kontrolltheorie richtig studieren, um Kompensationsnetzwerke zu analysieren und das Thema weiter zu verstehen :)
Warum sollten wir ESR Null streichen wollen? Gibt es keinen zusätzlichen Phasenschub? Eine bessere Gewinnspanne.
Denken Sie daran, was die Null mit der Verstärkung macht. Wenn Sie die ESR-Null nicht löschen, kann Ihre Verstärkung abflachen und 0 dB nicht überschreiten, wo Sie es möchten. Sie können die Pole in Ihrem Kompensator nicht loswerden, daher ist es ein guter Kompromiss, einen um die ESR-Nullfrequenz zu legen.
Danke! Was aber, wenn ESR Null bei einer sehr hohen Frequenz über der Übergangsfrequenz erscheint? Könnten Sie dies bitte überprüfen: electronic.stackexchange.com/q/224678/37643
Spannungsmodussteuerung eines DC-DC-Abwärtswandlers
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