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反激斜坡補償仿真驗證

 峰值電流CCM模式下占空比大于0.5時會出現次諧波震蕩,為消除震蕩需增加斜坡補償,準備用仿真軟件對斜坡補償的公式及不同工況下的響應進行驗證。

斜坡補償

                                                                 圖1-1 斜坡補償

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weixiu123
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2
2018-12-19 20:49
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hylylx
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2018-12-20 09:02
期待ing
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2018-12-20 13:34

將電路按低壓滿載不同占空比設計時(控制器的Dmax=0.96),當出現擾動后的電流變化分別列舉如下:

                                                       圖1-2-1 Don=0.5

1-2-1是按穩態時最大占空比50%設計的,當出現擾動后擾動電流既不增大也不衰減維持擾動瞬間的狀態,圖中紅色曲線為穩態電流,藍線虛線表擾動后的電流。

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2018-12-20 13:41
@boy59
將電路按低壓滿載不同占空比設計時(控制器的Dmax=0.96),當出現擾動后的電流變化分別列舉如下:[圖片]                             圖1-2-1Don=0.5圖1-2-1是按穩態時最大占空比50%設計的,當出現擾動后擾動電流既不增大也不衰減維持擾動瞬間的狀態,圖中紅色曲線為穩態電流,藍線虛線表擾動后的電流。
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2018-12-20 13:47
@boy59
將電路按低壓滿載不同占空比設計時(控制器的Dmax=0.96),當出現擾動后的電流變化分別列舉如下:[圖片]                             圖1-2-1Don=0.5圖1-2-1是按穩態時最大占空比50%設計的,當出現擾動后擾動電流既不增大也不衰減維持擾動瞬間的狀態,圖中紅色曲線為穩態電流,藍線虛線表擾動后的電流。

                                                             圖1-2-2 Don小于0.5

電路最大占空比按小于0.5設計時當出現擾動后電流會自動趨于穩定,最大占空比設計的越小恢復穩態的速度越快。有資料說占空比超過0.38就需要加斜坡補償,這估計是從動態響應的角度考慮的。

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2018-12-20 13:56
@boy59
[圖片]                               圖1-2-2Don小于0.5電路最大占空比按小于0.5設計時當出現擾動后電流會自動趨于穩定,最大占空比設計的越小恢復穩態的速度越快。有資料說占空比超過0.38就需要加斜坡補償,這估計是從動態響應的角度考慮的。

當占空比按大于0.5設計時出現擾動后的波形如下:

                                                       圖1-2-3 Don大于0.5

占空比設計的越大對擾動信號的增幅也越大,如果不做相關處理電路最終會穩定在一種次諧波震蕩的狀態。

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2018-12-20 14:34
@boy59
當占空比按大于0.5設計時出現擾動后的波形如下:[圖片]                             圖1-2-3Don大于0.5占空比設計的越大對擾動信號的增幅也越大,如果不做相關處理電路最終會穩定在一種次諧波震蕩的狀態。

一般采用的處理方法是加斜坡補償,效果如下:

                                 1-3 Don=0.7斜坡補償

上圖斜坡加在控制信號Vcont上,也可以加在電流波形Itest上。如圖所示加入了斜坡補償后擾動信號呈衰減趨勢。

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2018-12-20 15:08
@boy59
一般采用的處理方法是加斜坡補償,效果如下:[圖片]                                圖1-3Don=0.7斜坡補償上圖斜坡加在控制信號Vcont上,也可以加在電流波形Itest上。如圖所示加入了斜坡補償后擾動信號呈衰減趨勢。

從斜坡加在電流波形上的角度考慮,如果斜坡補償比較大(相對于電流波形)則會變成電壓控制模式。

                                  

                                       1-4 大斜坡補償近似電壓模式

1-4中斜坡Iramp較電流Itest1大很多,如果忽略Itest1則斜坡Iramp可近似做為電壓控制模式中的鋸齒波,電路變成電壓控制模式。

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2018-12-20 15:41

下面的是斜坡補償的公式推導和驗證,首先從臨界狀態或稱最小斜坡補償開始。

                                               圖5-1 最小斜坡補償波形

當臨界斜坡補償時擾動信號既不增大也不縮小維持“穩態”,公式的推導方法在上圖方框中所能構建的三角形中。

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2018-12-20 17:17
@boy59
下面的是斜坡補償的公式推導和驗證,首先從臨界狀態或稱最小斜坡補償開始。[圖片]                        圖5-1最小斜坡補償波形當臨界斜坡補償時擾動信號既不增大也不縮小維持“穩態”,公式的推導方法在上圖方框中所能構建的三角形中。

將圖5-1的方框處放大,


                                                        5-2 臨界條件


當滿足△X2<=X1時次諧波震蕩是收斂的最終會趨于穩定。為計算斜坡參數引入三個三角形:

                                      5-3 計算斜坡m用到的三個三角形

5-3中用到的三個三角形分別為紅、綠、藍三角形,三個三角形的x軸參數一致,y軸參數既可以作為實際參數也可以代表波形斜率。

臨界條件為m>=(m2-m1)/2

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2018-12-21 09:13
@boy59
將圖5-1的方框處放大,[圖片]                            圖5-2臨界條件當滿足△X2=(m2-m1)/2。

也可以將斜坡加到電流波形來分析,

                                          5-4 電流波形加斜坡補償

電流波形加載斜坡后上升段的斜率變為m1+m,下降段的斜率變為m2-m(這里的m1m2m都為正數,分別為上升、下降、補償斜率),如果保證上升段的斜率>=下降段的斜率則擾動可以收斂,既m1+m>=m2-m,推出m>=(m2-m1)/2相同的結論。


相關公式如下:

其中Rs為采樣電阻,Ts為開關周期,Vd輸出二極管壓降,n匝比,Lm初級電感量。

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2018-12-21 10:36
@boy59
也可以將斜坡加到電流波形來分析,[圖片]                                         圖5-4電流波形加斜坡補償電流波形加載斜坡后上升段的斜率變為m1+m,下降段的斜率變為m2-m(這里的m1、m2、m都為正數,分別為上升、下降、補償斜率),如果保證上升段的斜率>=下降段的斜率則擾動可以收斂,既m1+m>=m2-m,推出m>=(m2-m1)/2相同的結論。相關公式如下:[圖片]其中Rs為采樣電阻,Ts為開關周期,Vd輸出二極管壓降,n匝比,Lm初級電感量。

按公式先設置最小斜坡補償參數,用Saber進行仿真如下:

                                      5-5-1 最小斜坡補償對比

5-5-1仿真結果顯示在最小斜坡補償參數下電路可以收斂無次諧波震蕩。

略降低斜坡幅度取0.98Vx(n)后仿真結果如下:

                                     5-5-2 次諧波震蕩對比

5-5-2Saber仿真發生了次諧波震蕩,通過兩次仿真對比驗證了理論公式是準確的。

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zhou2013
LV.6
14
2018-12-21 10:44
@boy59
按公式先設置最小斜坡補償參數,用Saber進行仿真如下:[圖片]                                     圖5-5-1最小斜坡補償對比圖5-5-1仿真結果顯示在最小斜坡補償參數下電路可以收斂無次諧波震蕩。略降低斜坡幅度取0.98Vx(n)后仿真結果如下:[圖片]                                    圖5-5-2次諧波震蕩對比圖5-5-2中Saber仿真發生了次諧波震蕩,通過兩次仿真對比驗證了理論公式是準確的。
有saber這個文件不?boy兄
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2018-12-21 11:19
@zhou2013
有saber這個文件不?boy兄

斜坡補償Saber仿真文件:
/upload/community/2018/12/21/1545362299-27098.zip

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2018-12-21 11:34
@boy59
按公式先設置最小斜坡補償參數,用Saber進行仿真如下:[圖片]                                     圖5-5-1最小斜坡補償對比圖5-5-1仿真結果顯示在最小斜坡補償參數下電路可以收斂無次諧波震蕩。略降低斜坡幅度取0.98Vx(n)后仿真結果如下:[圖片]                                    圖5-5-2次諧波震蕩對比圖5-5-2中Saber仿真發生了次諧波震蕩,通過兩次仿真對比驗證了理論公式是準確的。

斜坡補償的另一個極限——最大補償斜率m<=m2

                                               6-1-1 最大斜坡補償

                                      6-1-2 最大斜坡補償(電流補償)

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2018-12-25 17:12

參考了一些資料,在實際電路中斜坡多補償在電流波形上,比如直接從CT電容取斜坡或增加一個三極管緩沖,或由PWM信號產生斜坡,其中還包括帶隔直電容和不帶的見下圖:

                                  7-1 Ct取斜坡+隔直電容C1     

  看過一些討論關于這個隔直電容的好像都沒有說明白,那么不加這個電容會有什么影響?

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2018-12-25 22:07
@boy59
參考了一些資料,在實際電路中斜坡多補償在電流波形上,比如直接從CT電容取斜坡或增加一個三極管緩沖,或由PWM信號產生斜坡,其中還包括帶隔直電容和不帶的見下圖:[圖片]                                 圖7-1Ct取斜坡+隔直電容C1      看過一些討論關于這個隔直電容的好像都沒有說明白,那么不加這個電容會有什么影響?

搭建一個由PWM觸發的斜坡補償電路如下:

 

                                         7-2 斜坡補償電路

圖中的電容C1為隔直電容,有和沒有這個電容的仿真結果如下:

 

                                      7-3 帶隔直電容與非隔直電容波形對比

7-3中顯示帶隔直電容的電流檢測靈敏度更高些。

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2018-12-25 22:37
@boy59
搭建一個由PWM觸發的斜坡補償電路如下:[圖片]                                          圖7-2斜坡補償電路圖中的電容C1為隔直電容,有和沒有這個電容的仿真結果如下:[圖片]                                       圖7-3帶隔直電容與非隔直電容波形對比圖7-3中顯示帶隔直電容的電流檢測靈敏度更高些。

斜坡補償的斜率由RC積分電路實現,按圖7-2電路中的參數列公式如下:

 

                                 7-4 補償斜率公式

同之前一樣,略降低補償斜率來驗證公式的準確性,結果如下:

 

                           7-5 補償斜率小于臨界斜率發生次斜坡震蕩

斜坡補償中的另一個問題,補償比較過的情況:

 

                                  7-6 臨界補償與過補償動態對比

斜坡補償使電路特性由電流模式偏向電壓模式,補償的越多電壓模式越突出,從上圖的動態響應結果可以看出紅色的臨界補償要比綠色虛線的過補償動態特性好一些。

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2018-12-26 08:10
@boy59
斜坡補償的斜率由RC積分電路實現,按圖7-2電路中的參數列公式如下:[圖片]                                  圖7-4補償斜率公式同之前一樣,略降低補償斜率來驗證公式的準確性,結果如下:[圖片]                            圖7-5補償斜率小于臨界斜率發生次斜坡震蕩斜坡補償中的另一個問題,補償比較過的情況:[圖片]                                   圖7-6臨界補償與過補償動態對比斜坡補償使電路特性由電流模式偏向電壓模式,補償的越多電壓模式越突出,從上圖的動態響應結果可以看出紅色的臨界補償要比綠色虛線的過補償動態特性好一些。
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2018-12-26 16:04
@心如刀割
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2018-12-26 16:06
@boy59
斜坡補償的斜率由RC積分電路實現,按圖7-2電路中的參數列公式如下:[圖片]                                  圖7-4補償斜率公式同之前一樣,略降低補償斜率來驗證公式的準確性,結果如下:[圖片]                            圖7-5補償斜率小于臨界斜率發生次斜坡震蕩斜坡補償中的另一個問題,補償比較過的情況:[圖片]                                   圖7-6臨界補償與過補償動態對比斜坡補償使電路特性由電流模式偏向電壓模式,補償的越多電壓模式越突出,從上圖的動態響應結果可以看出紅色的臨界補償要比綠色虛線的過補償動態特性好一些。

前面的RC斜坡發生電路可以通過修改RC參數來調整補償斜率,如果是直接從Ct電容上取補償斜坡的則可以通過電阻R1R2來調補償斜率,見下圖。

                              7-7 Ct電容取補償斜坡

推導過程如下:

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