一种宽电压电源的相位补偿方法与流程

本发明涉及一种相位补偿方法，尤其涉及一种宽电压电源的相位补偿方法。

背景技术：

现在的电路设计，很大程度上是通过一系列的仿真成语进行电路的仿真和调试，代替了之前通常在相应硬件实验室搭建具体的实体电路才能完成的实验，因而节省了实际硬件开发时间的难度。

但是，现有技术中宽电源的相位补偿尚未有一种很好的设计方法，本发明提供了一种宽电压电源的相位补偿方法，可以很好的设计出符合要求的补偿电路。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种宽电压电源的相位补偿方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种宽电压电源的相位补偿方法，包括：

s1，使用仿真软件根据下述公式计算出boost电路在低压轻载、低压重载、高压轻载和高压重载四种模式下的占空比d，并设置比较电压，产生相应pwm来控制开关：

其中，v0为输出电压、vi为输入电压、i0输出电流、resr为mosfet管导通电阻、rds(on)为二极管导通电阻，vd为输出平均电压。

s2，使用仿真软件绘制开回路boost的伯德图，并根据所述开回路boost的伯德图确定开回路boost中的补偿器类型；

s3，使用仿真软件根据下述公式计算出补偿器的电容值c和电阻值r，并绘制出补偿器的伯德图，判断是否达到相位补偿要求，是，则执行步骤s4：

其中，fc为补偿的转折频率。

s4，根据步骤s3中得到的电容值c和电阻值r调整开回路boost，以得到闭回路boost。

进一步的，步骤s1还包括：

s11，根据下述公式确定开回路boost中的电感值l：

其中，f为mosfet管工作频率，il为负载电流。

更进一步的，步骤s1还包括：

s12，根据下述公式确定开回路boost中的电容值c0：

其中，l为电感，δv0为输出的纹波电压。

更进一步的，步骤s2还包括：

s21，使用仿真软件根据下述公式绘制出低压轻载、低压重载、高压轻载和高压重载四种模式下开回路boost的伯德图：

其中，q为系统的品质因数，是由l及c组成，cesr为电容能耗等效电阻，r0为输出电阻，s为拉普拉斯算子。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

提供了一种宽电压电源的相位补偿方法，可以通过简单的建模来迅速设计出所需要的补偿电路，且设计出的电路对电源的补偿效果良好。所设计电源工作频带宽、输出电压稳定、纹波小、带负载能力强、输出滤波电容小等优点。

附图说明

附图1是本发明-实施例的流程示意图；

附图2是本发明-实施例的开回路boost的结构示意图；

附图3是本发明-实施例的开回路boost的伯德图；

附图4是本发明-实施例的开回路boost在低压轻载、低压重载、高压轻载和高压重载四种模式下的伯德图；

附图5是本发明-实施例的补偿器的结构示意图；

附图6是本发明-实施例的补偿器的伯德图；

附图7是本发明-实施例的加上补偿器的开回路boost的伯德图；

附图8是本发明-实施例的闭回路boost的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明提供的宽电压电源的相位补偿方法实施例的流程图。该方法适用于boost电路。如图1所示，该方法包括：

s1，使用仿真软件(本具体实施例中，为mathcad软件，当然，在其它实施例中，也可以采用其它仿真软件，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说)根据下述公式计算出boost电路在低压轻载、低压重载、高压轻载和高压重载四种模式下的占空比d，并设置比较电压，产生相应pwm来控制开关：

其中，v0为输出电压、vi为输入电压、i0输出电流、resr为mosfet管s2(参见图2)的导通电阻、rds(on)为二极管d2(参见图2)的导通电阻，vd输出平均电压。

具体的，利用伏秒平衡，可以找出式(1)，经由mathcad可以求的d(式(2))，不同的输入以及输出，会计算出不同的占空比，分別是低压轻载、低压重载、高压轻载和高压重载。

(vi-io(rds(on)+resr))d＝(-vi+vo+vd+ioresr)(1-d)(1)

为了确保电感上的电流能在ccm上，所以针对高压轻载的模式下设计电感值，若高压轻载的电感电流在ccm上，在其他模式下电感电流一定会在ccm上。

电感电流为线性变化，再配合电晶体开闭时间，可以找到电感的感值方程式(式(3))

其中，f为mosfet管s2(参见图2)工作频率，il为负载电流。

根据上面所设定的规格，输出电压涟波要在3％內。

可以知道电容与电压的关系是δv＝q/c，那么q＝δi*t*0.5，这里的i指的是电感上的电流、t为周期，因此把上面所计算的il代进q中，再代进δv＝q/c里，经由简化可以表示成式(4)

其中，δv0为输出的纹波电压。再经由mathcad可以找出c。

电路参数设计结果如下表所示，设计好的电容以及电感，分别是在高压轻载以及高压重载下设计的，四种模式下都使用相同的感值以及容值，不用再次重新设计。

s2，使用mathcad绘制开回路boost的伯德图，并根据所述开回路boost的伯德图确定开回路boost中的补偿器类型；

具体的，开回路boost电路如图2所示，开回路boost的伯德图如图3所示，可以发现在大于100khz时波型明显有杂讯，原因是simplis在分析电路的时候，如果刚好分析的位置是在操作频率上，分析出的结果会有问题。而boost电路本身的应用都在低频段，所以高频段的增益以及相位可以忽视。

再观看图3开回路的伯德图，增益图部分在靠近1khz的位置，增益突然上升，主要是因为电路中的l以及c发生的谐振，让电路在该频率时的电感抗以及电容抗相互抵消，所以增益会提升，那么谐振频率也是可以计算的，计算公式如式(5)所示。

经由simplis结果频率大约是落在500hz，经由计算则是落在507hz。

就开回路的boost电路而言，phasemargin为-16.5度(-196.5-(-180))，gainmargin为23.69db。

除了要知道绘制出电路的伯德图外，还要得知四种状态下的伯德图曲线，在mathcad中找到一个worstcase，在把这个worstcase做补偿器的设计。

根据运算可以知道开回路的转移函数为

其中，q为系统的品质因数是由l及c组成，cesr为电容能耗等效电阻，r0为输出电阻，s为拉普拉斯算子。公式如下：

根据四种不同形态找出不同的d值，l、c已经在上段的条件中设定完成，所以根据上述的条件可以借由mathcad画出四种不同形态的伯德图，四种不同的伯德图如图4所示。

透过伯德图可以发现，在低压重载下的相同频率相位掉落的最多，因此要对这个形态进行补偿。

s3，使用mathcad根据下述公式计算出补偿器的电容值c和电阻值r，并绘制出补偿器的伯德图，判断是否达到相位补偿要求，是，则执行步骤s4：

其中，fc为补偿的转折频率。

具体的，补偿器电路如图5所示，设计方法就是将补偿点设计在100hz上，借由公式(式6)可以设计出r以及c。

假设r1为100kω、fc为补偿点为100hz套进式(6)可以求出c1电容，确认好容值以及阻值后，要利用mathcad绘制出补偿器的伯德图，以确认补偿器设计是否正确。

补偿器的伯德图如图6所示，可以明确地看到在100hz时增益为0db，pm也确实在90。，能夠确认补偿器的设计是对的。因此再把补偿器与开回路电路结合，再观察一次伯德图，如图7。

从图6可以发现重新设计后的补偿器确实已经符合要求100hz在0db，图7的相位图得到相角余量为90°，达到设计要求。

s4，根据步骤s3中得到的电容值c和电阻值r调整开回路boost，以得到闭回路boost，如图8。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。