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探讨开关电源PID控制及参数设置
浏览: 17105 |  回复: 53 楼层中转

2018/07/09 22:25:51
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boy59[版主]
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LV9
军长

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  在设计环路赔偿时,假定不清晰被控电路的模子或许没有bode图的话浅易可以接纳PID法来赔偿。用仿真验证了一下,PID赔偿法确切可以很便利的完成赔偿不外存在几个嫌疑。

1PID赔偿只是知足了稳固和静态照顾,其它特点不克不及清晰的浮现出来。

2PID中的微分项D似乎着实不合适开关电源控制。

3PI可以用于部门开关电源控制不外性能达不到最好。

2018/07/10 09:03:40
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longwang
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LV7
旅长
沙发,,,,,,,,,,,,
2018/07/10 18:32:12
3
boy59[版主]
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LV9
军长

以峰值电流形式的反激为例,基本参数:输入最低电压100V,低级电感1mH,输入12V/2A,输入电容6000uF,开关频率60kHz

第一步,将比例P调成1:1,不雅不雅察电源上电启动波形。

                               图1-1 只需比例P且P=1时的启动波形

2018/07/10 18:45:27
4
boy59[版主]
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LV9
军长

第二步,增添积分项,从年夜到小调治积分电容,当泛起欠阻尼震惊便可。

                              图1-2 功率级电路穿越频率断定

丈量欠阻尼震惊的周期,此时的震惊频率约即是功率级电路的穿越频率。

2018/07/10 19:04:27
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心如刀割[版主]
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LV9
军长
跟贴学习
2018/07/10 19:07:41
6
boy59[版主]
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军长

第三步,上一步推想的功率级电路穿越频率约为1000/1.8999=526Hz,事实的目的穿越频率设为8Khz,此时调制比例系数P=8000/526=15(斜率有能够是-1-2的组合以是P的取值规模15~30)。重复上述第二法式模范积分电容使震惊波形到达知足状态为止。

                                  图1-3 事实的启动波形

2018/07/10 19:09:31
7
boy59[版主]
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LV9
军长

假定有须要可以一连调小积分电容来验证穿越频率能否在8Khz相近。

                                    图1-4 穿越频率8Khz

2018/07/12 15:10:17
9
s453208
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LV7
旅长
分享不错,赞一个。
2018/07/10 19:10:40
8
brsys
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LV7
旅长

这个要看看。

2018/07/12 15:59:23
10
冰糖葫芦娃
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LV5
营长
好器械
2018/07/19 22:04:17
11
boy59[版主]
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LV9
军长

TypeⅡ型要比PI赔偿多出一个高频极点,多出的这个极点可以衰减高频噪声好比开关噪声,见下图

                                                  2-1 PITypeⅡ较量

PI赔偿中由于没有高频衰减赔偿电路的输入Vcont=Vo*R2/R1以是比例PR2/R1)不克不及设置的太高,TypeⅡ型则不用推敲这个效果可以更无邪些,当取高频极点无限远时TypeⅡ型就分歧于PI赔偿。

2018/07/19 22:24:25
12
boy59[版主]
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LV9
军长

PID赔偿虽然能供应+90度的相位赔偿但其会镌汰年夜高频噪声,以是这类赔偿只适用于年夜惯性(双极点)没有高频噪声的场所。在数字开关电源控制中用的较量多的是PI型尚有2P2ZTypeⅡ)和3P3ZTypeⅢ)等。

2018/07/20 17:05:29
13
seawalker
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LV3
排长
不错,来支持学习
2018/07/20 21:27:33
14
zhang0326
电源币:25 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:8
LV2
班长
来占个职位,跟版主年夜人学习一下
2018/07/21 08:22:03
15
jsapin
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LV5
营长
谢谢楼主的忘我分享!PI调治一直不懂,叨教比例积分设准时,开关电源的开关频率和功率级的穿越频率,和开关电源的输入电容年夜小和负载特点之间相互有甚么关系,怎样阻拦PI参数的预盘算?
2018/07/22 09:28:58
16
boy59[版主]
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LV9
军长

极速赛车 穿越频率浅易要低于1/5开关频率。假定是带光耦隔离的反激,推敲光耦有个8~10KHz的极点反激有个几十KHz的右半平面零点以是穿越频率一个不高于8KHz(穿越频率越低越容易赔偿)。

极速赛车 输入电容可以看纹波,假定输入纹波是100mV那么比例P最幸亏10倍以内。

2018/07/22 17:17:34
17
jsapin
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LV5
营长
谢谢年夜师,
2018/07/23 11:16:43
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boy59[版主]
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LV9
军长

接纳下面的措施想要取得最好参数着实不太容易,以是最好照样要找出功率级电路的bode图。

在不应用环路剖析仪的条件下考试考试接纳一种特另外环路赔偿电路来反算功率级bode图的措施。

2018/07/23 11:28:14
19
boy59[版主]
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LV9
军长

凭证之前的实验情形,当电路发生震惊或许欠阻尼震惊时可以经由历程震惊周期和次数来断定出以后的穿越频率和相位余量,经由历程赓续调剂穿越频率点并联络以后已知的赔偿参数便可以推算出功率级电路的bode图。

在现实电路中有许多情形下相位余量是年夜于90度的以致靠近180度(电流形式的反激),想让电路在宽频率规模内都发生震惊或欠阻尼震惊显着不太容易,以是设想一个赔偿环节可使相位从0-180度之间随便任性变换而增益恒为1

2018/07/23 12:30:48
20
boy59[版主]
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LV9
军长

右半平面零点后的增益是逆时针改变,左半平面极点后的增益是顺时针改变,二者的相位都滞后0-90度,假定右零点、左极点重合则可以完成增益恒定而相位0-180变换的目的,见下图:

                          2-1 右半平面零点和左半平面极点重合bode

如图2-1,可以随便任性改变频率fpz从而调剂环路的相位余量而不影响环路的增益曲线(穿越频率稳固),可以随便任性改变比例P从而调剂环路的增益(改变穿越频率)而不影响环路的相位曲线。这样完成了相位和增益的划分使调试变的容易了。

2018/07/23 13:39:25
21
极速赛车游戏-fqd
电源币:5059 | 积分:15069 主题帖:447 | 回复帖:5059
LV11
统帅
2018/07/23 14:04:03
23
boy59[版主]
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LV9
军长

2018/07/23 14:03:22
22
boy59[版主]
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LV9
军长

图2-1还存在两个效果,

1、开关电源的输入带有开关噪声,假定比例较量年夜则PWM发生器会饱和既发生年夜旌旗暗记情形。

2、BoostBuck-boost(反激)类的电路都存在右半平面零点,假定增益较量年夜则增益曲线不会过零(在开关频率内),意味着穿越频率将高于开关频率。

                       2-2 右半平面零点限制了增益的前进

鉴于这两个效果特殊增添一个结实的高频极点环节,这个高频极点可取开关频率的1/10或许低于功率级电路的右半平面零点。

 

                        2-3 100-100kHz震惊bode

如图2-3总的开环bode图频率从100Hz-100kHz电路都可以发生震惊具有了反相推导功率级bode图的条件。

2018/07/25 07:20:17
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boy59[版主]
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LV9
军长

Saber软件对上述推论阻拦验证,在验证历程当中发现当高增益时单个高频极点虑不掉落落开关噪声以是须要设置两重极点(两重极点20kHz,开关频率60kHz,右半平面零点30kHz),仿真和盘算的效果较量以下:

                                                  2-4-1 1kHz震惊

                                                 2-4-2 10kHz震惊

2018/07/27 23:10:37
25
boy59[版主]
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LV9
军长

用这类措施反推功率级bode图的效果以下:

 

                     2-4-3 反推反激bode图及同现实bode图较量

如图2-4-3这类反推法增益误差不年夜,相位上临界和阻尼状态会有几十度的误差。

2018/07/29 14:02:49
26
boy59[版主]
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军长

在图2-4-3中低频段由于发生了次谐波震惊招致泛起较年夜误差,当给电路加入斜坡赔偿后误差可以扫除。

用压控震惊VCO作为控制器来搭建LLC电路以下:


                                      2-5-1 VCO控制的LLC电路

输入:400V,匝比n=1Lr=72uHLm=216uHCr=35nF,输入电容Co=100uFESR=0.5,输入电压200V输入负载Ro=138欧姆。压控振荡器VCO的频率变换规模40kHz-160kHz

异经常使用上述电路来反推LLC取得的bode以下:

                                                2-5-2 LLC功率级电路bode

2018/07/29 14:14:05
27
boy59[版主]
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LV9
军长

2-5-2反推的bode图能否准确?由于没有LLC电路的小旌旗暗记模子就直接接纳tdsa扫频来取得bode图并阻拦较量以下:

                           2-5-3 LLC电路两种措施取得的bode图较量

2-5-3的较量显示关于LLC电路反推法一样适用。

2018/07/29 20:46:09
28
boy59[版主]
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LV9
军长

有了功率级bode图后剩下的赔偿就容易完成了,接纳图解法设置目的穿越频率20kHz相位余量45度得出的Type Ⅲ型赔偿电路各参数以下:

R1=19.4kHzR2=423R3=830C1=13nFC2=306nFC3=6.386nF

静态波形仿真效果以下:

                           2-5-4 LLC静态波形(20kHz穿越频率,45度相位余量)

2-5-4LLC输入静态波形及部门镌汰年夜图,在刚上电时为年夜旌旗暗记状态环路未起作用,前面当环路起作用后负载的静态特点较理想(负载138-1380欧姆0.01mS突变)。

2018/08/01 12:32:44
30
boy59[版主]
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LV9
军长
反推bode图法在现实电路中操作起来是很便利的,首先将特另外比例+右零点、左极点+结实高频极点的赔偿电路接入电路组成闭环,详细操作法式模范以下:
1、事后设置一个比例P(好比P=0.1)
2、将右零点、左极点从高频向低频调治(调治双联电容),直到输入电压泛起一连震惊为止(欠阻尼震惊也可,但需特殊0-30度的相位赔偿)
3、纪录下以后输入的震惊频率,由比例P和电容年夜小可算出赔偿电路的增益|G|和相位θ,可以得出功率级电路的增益为1/|G|、相位-180-θ。
4、改变比例P(相当于改变穿越频率),重复法式模范2、法式模范3,直到将目的频段的bode图的趋势都形貌出来
2018/08/01 10:50:31
29
EDSTRNDDF
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LV4
连长
学习了
2018/08/04 16:55:29
31
boy59[版主]
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LV9
军长

数字PID是经由历程AD采样输入电压再经由芯片的逻辑运算来完成的,在Saber软件中没用过MCU类的芯片假定纯粹用分立逻辑电路来搭电路会过于宏年夜,这里接纳模拟运算器来模拟数字旌旗暗记的处置赏罚赏罚,电路以下:

                                                3-1 数字PI电路

上图接纳的是职位式PI算法,从右至左划分是提取变量u,模拟AD采样历程的“量化”处置赏罚赏罚,累加完成积分及乘法器完成的比例运算,最后是P+I剖析。

2018/08/04 19:10:47
32
boy59[版主]
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LV9
军长

模拟赔偿参数:P=1KI=10^-5,数字赔偿参数:P=1fki=10^6。二者的仿真效果较量以下:

 

                                     3-2 数字与模拟PI赔偿静态较量

现在还没能让二者的静态波形完全不合,暂时也没法确认数字赔偿中的积分系数。

2018/08/05 13:39:56
33
pasu
电源币:0 | 积分:3 主题帖:4 | 回复帖:1
LV2
班长

异常谢谢版主。

叨教版主,你的LLC中,VCO能否特殊加了一个比例?

比来正在做一个PSIM仿真的LLC,接纳PI调治无纪律,特想就教一下楼主。

在这个VCO中,最左边的一个K是我自己给的一个比例,欲望把PI的输入再调高成合适的数值发生方波。

不知道楼主在调治PI参数的时间有给VCO加入这个比例吗?

我的模子参数以下:输入:375-405V,输入12V/43A. Lr=60u, Cr=27.3n, Lm=210u,匝数比 N=16

2018/08/06 13:37:37
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boy59[版主]
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LV9
军长
LLC电路的相位余量较量小浅易须要用TypeⅢ型来赔偿,用PI赔偿的话穿越频率不会太高,静态特点也不会很好。
2018/08/06 14:44:56
35
jsapin
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LV5
营长
异常谢谢楼主的手艺分享。记得之前看书上形貌关于  相位裕度的,说是相位裕度小于零度则系统不稳固,年夜于零度至180度之间则系统稳固,在180度以内相位裕度越年夜系统越稳固,回声速率也越慢。我想问的是这个相位裕度是怎样来调剂年夜小的,怎样经由历程示波器来不雅不雅察,费事楼主能否抽闲发个相关波形给我这样的菜鸟讲讲!
2018/08/06 15:14:46
36
boy59[版主]
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LV9
军长

可以参考一下图解环路设计及控制手艺探讨-极速赛车游戏 http://vipgw2.com/bbs/2432899.html

极速赛车 以下图,输入电压的震惊周期对应着穿越频率,震惊次数对应着相位余量,经由历程示波器不雅不雅察输入电压可以年夜致估出以后环路的状态。

以为PI为例,震惊频率低的可以前进比例P(前进穿越频率),震惊次数多的可以增年夜积分电容(前进相位余量),反之亦然。

2018/08/07 21:48:45
37
jsapin
电源币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:113
LV5
营长
谢谢回复,好好研读。
2018/08/12 21:34:37
38
jsapin
电源币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:113
LV5
营长
楼主的帖子看了几遍,照样不克不及真实的明确,就是由于不克不及真正明确以是现在也提不出效果来向楼主就教,欲望有一天我能提出效果来向楼主叨教就好了!
2018/08/15 20:13:00
40
boy59[版主]
电源币:642 | 积分:118 主题帖:57 | 回复帖:289
LV9
军长
现实操作一下信托会很快明确的。
2018/08/15 20:11:20
39
boy59[版主]
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LV9
军长

之前仿真的差异是由开关速率及供电电压不合惹起的,改参数后取得的仿真较量以下:

模拟与数字静态较量2 

                              3-3-1 数字与模拟PI赔偿静态较量2

3-2中比例系数都为1,模拟赔偿的原极点为10kHz,数字赔偿的周期取R*C=16uSR1=R2=19.4kC=0.82nF)。

两种赔偿要领对应的开环bode图以下:

二者开环bode图 

                        3-3-2 数字与模拟赔偿开环bode

不外数字赔偿在稳态时有个2.8kHz左右的震惊,不知能否是由于相位余量太小?

2018/08/16 20:34:43
41
boy59[版主]
电源币:642 | 积分:118 主题帖:57 | 回复帖:289
LV9
军长

 上述数字环路2.8kHz震惊是由于采样频率太低的缘由,拓扑为反激开关频率60KHz,数字累加的采样频率为31.4kHz,当前进采样频率到314kHz(同时△u*0.1)后震惊消掉落,仿真较量以下:

模拟与数字静态较量3 

                                      3-3-3 数字与模拟PI赔偿较量3

同之前的一样,模拟的原极点频率为1/(2*π*R*C),数字的累加器频率1/(R*C)

2018/08/17 06:46:15
42
boy59[版主]
电源币:642 | 积分:118 主题帖:57 | 回复帖:289
LV9
军长
纠正一下,图3-1的电路是职位式PID而非增量式PID控制。
2018/08/18 17:43:20
43
boy59[版主]
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LV9
军长

现在用的较量多的似乎是增量式PID,职位式PID有质料说其积分累加部门会占用很年夜的内存,而且需破费许多的时间去盘算,经由历程仿真发现这个效果是可以处置赏罚赏罚的或许说是存在一定的误会。

2018/08/18 18:00:32
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boy59[版主]
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LV9
军长

职位式PID的优点是结构清晰、参数调治清晰了了,在前面仿真中基本是直接套用了TypeⅡ型模拟赔偿电路的参数。在模拟赔偿器中由于运放有电源Vcc的限制以是积分的最年夜值被限制在Vcc以下,在数字赔偿中假定也给累加环节增益一个适当的下限效果便可以近似于模拟赔偿器了,占内存和盘算费时的效果也同时处置赏罚赏罚了。另外输入也要限幅同增量式PID一样,而增量式PID只需输入限幅相对质朴些。

2018/08/20 15:51:13
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boy59[版主]
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LV9
军长

下面划排列出职位式PI极速赛车和增量式PI的表达式:

两种PI赔偿公式

职位式PIu(k)就是输入量可以直接阻拦PWM转换,增量式PI的△u(k)要累加运算后再阻拦PWM转换。e(k)是设定量与被控量之差,△e(k)=e(k)-e(k-1)可以看作是对e(k)求导(既e(k)的量化,累加可以看作是积分运算的量化。

把增量式PI由量化变回一连以下:

u(k)=++u(k)=∫△u(k)

=(Kp* e(k)+Ki*Tsam*e(k))

=Kp*e(k)+Ki*Tsam*e(k)

可以看出增量式 PI和职位式PI事实效果是一样的,前文提到增量式PI对输入限幅同时也完成了对积分的限幅,这能够就是较量喜欢用增量式PI的启事。

2018/08/22 06:54:01
46
boy59[版主]
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LV9
军长

从模拟赔偿器改变到数字赔偿器有两种措施:1、脉冲照顾稳固,2、双线性变换法。资估中接纳的是双线性变换法既用S=1/T*(1-z-1)/(1+z-1)完成S域到Z域的映照。

Type3数字 

在处置赏罚赏罚器中的运算以下

处置赏罚赏罚器运算 

如上便可以完成Type型的数字化处置赏罚赏罚(主要触及数学效果不做过量探讨)。

2018/08/22 10:13:14
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boy59[版主]
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LV9
军长

极速赛车 傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的联系?为甚么要阻拦这些变换。研究的都是甚么?- 知乎 

拉普拉斯变换

极速赛车                                              拉普拉斯变换与傅立叶变换的关系  

2018/08/29 20:53:33
48
jsapin
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LV5
营长
等有时间了,把楼主几篇文章连起来,好悦目几遍,应当能罗致到许多养分,虽然现在的我甚么都不懂
2018/08/30 13:03:14
49
boy59[版主]
电源币:642 | 积分:118 主题帖:57 | 回复帖:289
LV9
军长
楼主也不是很懂,许多知识都是现学的以是写的有点乱。
2018/11/04 22:12:38
51
曾经沧海1965
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:6
LV1
战士
谢谢忘我分享
2018/09/14 09:48:36
50
hylylx
电源币:93 | 积分:40 主题帖:2 | 回复帖:1584
LV9
军长
2018/11/06 16:10:01
52
sabrina9988
电源币:34 | 积分:0 主题帖:129 | 回复帖:302
LV7
旅长
顶一下
2018/11/23 12:50:45
53
xiaofox
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:2
LV1
战士
异常有用!多谢!!
2018/12/20 12:50:34
54
我是年夜菜鸟
电源币:0 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:11
LV3
排长
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