环路计算,补偿和仿真

几种环路稳定性仿真方法介绍奚义义【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)018【总页数】2页(P133-134)【作者】奚义义【作者单位】法雷奥汽车内部控制(深圳)有限公司【正文语种】中文自从闭环系统概念提出以来，闭环系统已经广泛应用于汽车工业中，例如：引擎控制系统，空调控制系统。

然而闭环系统的引入可能会引起震荡。

为了避免出现震荡，目前VLS （Valeo Lighting System）通过仿真，计算以及测试来保证闭环系统的稳定性。

这篇文章主要介绍目前VLS线性闭环系统几种利用Pspice的仿真分析方法，然而在进行环路仿真时，断开点的选择尤为重要，对两种不同环路仿真分析方法获取的开环传递函数与环路断开点输入输出阻抗的关系进行介绍，分析其优缺点，并在此基础上引入S.ROSENSTARK 不依赖于环路阻抗的环路分析方法。

2.1 VLS 线性系统介绍目前VLS大部分的线性闭环系统满足图1所示的构造，Vref（s）：输入基准信号，G（s）：误差放大增益；H（s）：功率放大级的增益；Vout（s）：电压输出信号；Zin（s）：误差放大级输入阻抗。

对于上图的闭环系统，对其开环传递函数推导如下：设定，并在误差放大和功率放大级之间断开环路①，其开环传递函数T（s）为：上式是闭环系统的开环传递函数，下面我们将会对常用的环路仿真分析方法进行介绍。

2.2 VLS 两种环路仿真分析方法介绍目前VLS环路分析方法主要两种，为了能够传递函数与输入输出阻抗之间的关系，两种方法选择断开点阻抗不是理想的②：第一种方法［1］［2］：在环路中插入一个交流源U1，交流源两端电压的比值即为环路开环传递函数；第二种方法：在环路中插入一个无穷大的电感并在环路的断开点的输入端注入交流信号Us，分析电感两端电压比值即为环路开环传递函数。

VLS常用的两种环路分析方法，下面对其获得的开环传递函数进行分析。

对于上面的两种环路的分析方法都有局限，测试结果依赖于Zin（s）与Zout （s），下面分析将会展示具体的影响。

loop gain的仿真原理
Loopgain是指控制回路中环路增益的值，它是控制回路稳定性
的关键参数之一。

为了准确地评估控制回路的稳定性，需要进行loop gain的仿真。

loop gain的仿真主要分为两个步骤：建立数学模型和进行仿真计算。

在建立数学模型时，需要考虑控制回路中各个元件的特性参数，并将它们转化为数学方程。

然后，通过相应的仿真软件进行仿真计算，得到loop gain的值。

在进行仿真计算时，需要应用一定的输入信号，比如正弦波或方波，以模拟实际的控制回路情况。

同时，要注意控制回路中各个元件的频率响应特性，以保证仿真结果的准确性。

除了建立数学模型和进行仿真计算外，还可以通过实际测试来验证控制回路的稳定性。

实际测试可以利用现代数字示波器等高精度测试设备，对控制回路进行全面的测试和分析。

总之，loop gain的仿真是控制回路设计和优化的重要手段之一，可以帮助工程师更加准确地评估控制回路的稳定性，并优化回路设计。

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开关电源环路补偿设计开关电源环路补偿设计在开关电源设计中，环路补偿是至关重要的一步。

环路补偿的正确设计可以提高电源的稳定性和效率，从而提供更为可靠的电源输出。

本文将针对开关电源的环路补偿设计，从三个方面进行阐述。

一、开关电源环路补偿的基本原理开关电源的环路补偿，是指将部分输出信号回馈到反馈端口，通过正反馈作用来改善系统的动态性能。

补偿的目的，是使电源输出稳定，对负载的响应性更好。

为了实现这一目的，设计师需要对开关电源的基本原理有深入的理解。

在开关电源中，电容、电感和频率之间的相互影响是至关重要的。

通过合理的组合设计，可以提高电源的效率，降低功耗。

二、开关电源环路补偿的设计方法开关电源的环路补偿设计方法，需要综合考虑多个参数，如响应时间、阻尼稳定性、相位裕度等。

其中，响应时间涉及到电路响应时间、电源传输函数以及负载条件，需要根据具体情况予以调整。

阻尼稳定性关系到系统的稳态稳定性，需要根据不同负载条件下的阻尼因素予以设计。

相位裕度涉及到极点间距，可以通过更改反馈回路的增益稳定性来达到较好的效果。

三、开关电源环路补偿的优化在实际电路中，由于电容、电感和负载等多种因素的影响，开关电源环路补偿存在一定的误差。

优化环路补偿，可以通过在电路中加入滤波电容、降低负载电感等措施，提高电源输出的稳定性。

此外，在滤波器的选型方面，选择与系统肖特基二极管参数相匹配的器件，可以较为有效地降低噪声和振荡。

总之，开关电源环路补偿对整个系统的性能至关重要。

一个合理的补偿设计将使电源输出变得更加稳定、高效，具有更好的响应性。

因此，在开发开关电源的过程中，我们应该时刻保持对环路补偿原理的理解，并综合考虑各种参数和因素，以达到最优的设计效果。

CCM模式APFC电路设计传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。

这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。

功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。

使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。

目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。

而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。

DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。

CCM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。

介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MOS管。

这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。

今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。

要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例：已知参数：交流电源的频率fac——50Hz最低交流电压有效值Umin——85Vac最高交流电压有效值Umax——265Vac输出直流电压Udc——400VDC输出功率Pout——600W最差状况下满载效率η——92%开关频率fs——65KHz输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V那么我们可以进行如下计算：1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。

1，知道了传递函数，如何得出bode图？2，如何测量波形的THD、PF值以及各次谐波？3，测电压、电流各种方法小结。

4，实现变压器的功能：耦合电感的用法。

（技巧分享就到此了，有什么问题可留言，推荐去看看107楼的内容）刚才Q上有人问我关于混合仿真的，这里增加个：5，控制系统与模拟系统下的混合仿真。

比如说现在要画下面传递函数的bode图:首先，在saber的搜索栏里输入“tf_rat”，出来如下图：可以选择第一个：两个串联即可，如下图：这样就实现了上面的传递函数。

这里的source需要用到控制系统下的，可搜“c_sin”，选择第一个，如下：当然了，不一定非要这个，因为可以通过接口转换来实现，这是后话。

关于tf_rat的设置如下：这样就实现了函数:1/(s+1)最后的连接图：先netlist再DC分析然后小信号分析，看下面设置：最后的bode图：至此，bode图已经画出来了，很简单哈，剩下的就是自己去分析了~这里附上上面仿的附件，方便下载。

双击轴线，AXIS ATTRIBUTE对话框里的GRID increment可以调制轴线等分间距！！路径中不能有中文，要在全英文下看波形可以放大的，选中托一下即可。

要恢复回来，按下面按钮：不错，既然你仿出来了，你再试试这个传递函数哈：怎么跟上图差不多呢关于区别，你看看：这样看就出来区别了，哈哈怎么把两个波形放在同一个图中的？讲讲波形计算器吧，比如如何把某一个电流扩大十倍，电压扩大十倍便找个简单的电流扩大十20倍的小例子这是一个电流波形，点出计算器来点击图形右侧的电流标号i(l.lr)，标号呈现白色表示选中，然后在计算器光标处左键按一下，右键再按一下，至此i(l.lr)添加到计算器中了。

其次在光标处输出20*，再次输入内容的话，以前的内容自动清除，从而计算器自动生成了i(l.lr)*20，这样计算器完成了计算。

计算其中delete为删除键。

最后点击Δ左边的绿色波形图，电流扩大十倍后如下图所示在saber，常用的电容就一种，可以不分极性的，如下：，如何测量波形的THD、PF值以及各次谐波在PFC的仿真以及并网逆变中，经常需要测量波形的THD，PF值，看各次谐波的大小。

BUCK 电路的环路计算，补偿和仿真Xia Jun 2010-8-14 本示例从简单的BUCK 电路入手，详细说明了如何进行电源环路的计算和补偿，并通过saber 仿真验证环路补偿的合理性。

一直以来，环路的计算和补偿都是开关电源领域的“难点”，很多做开关电源研发的工程师要么对环路一无所知，要么是朦朦胧胧，在产品的开发过程中，通过简单的调试来确定环路补偿参数。

而这种在实验室里调试出来的参数真的能满足各种实际的使用情况吗？能保证电源产品在高低温的情况下，在各种负载条件下，环路都能够稳定吗？能保证在负载跳变的情况下收敛吗？太多的未知数，这是产品开发的大忌。

我们必须明明白白的知道，环路的稳定性如何？相位裕量是多少？增益裕量是多少？高低温情况下这些值又会如何变化？在一些对动态要求非常严格的场合，我们如何折中考虑环路稳定性和动态响应之间的关系？有的放矢，通过明确的计算和仿真，我们的产品设计才是科学的，合理的，可靠的。

我们的目标是让产品经得起市场的检验，让客户满意，让自己放心。

一切从闭环系统的稳定性说起，在自动控制理论中，根据乃奎斯特环路稳定性判据，如果负反馈系统在穿越频率点的相移为180°，那么整个闭环系统是不稳定的。

很多人可能对这句话很难理解，虽然自动控制理论几乎是所有大学工科学生的必修课，可大部分是是抱着应付的态度的，学完就忘了。

那就再给大家讲解一下吧。

等式：V out=[Vin-V out*H(S)]*G(S)公式：Vout Vin G S ()1G S ()H S ()⋅+G(S)/(1+G(S)*H(S))就称之为系统的闭环传递函数，如果1+G(S)*H(S)=0，那么闭环系统的输出值将会无限大，此时闭环系统是不收敛的，也即是不稳定的。

G(S)*H(S)是系统的开环传递函数，当G(S)*H(S)=-1时，以S=j ω带入，即获得开环系统的频域响应为G(j ω)*H(j ω)=-1，此时频率响应的增益和相角分别为：gain =‖-1‖=1angle=tan -1(0/-1)=180°从上面的分析可以看出，如果扰动信号经过G(S)和H(S)后，模不变，相位改变180°，那么这个闭环系统就是不稳定的。

一个稳定的buck／boostDC—DC转换器的环路设计【摘要】本文设计了一款脉冲宽度调制的稳定的DC-DC转换器环路。

该转换器可以根据输入电压的变化设置四个MOS开关管的开关状态而工作在升压或降压模式而提高效率。

另外，芯片的稳定性也是设计的难点之一。

本文基于运算跨导放大器补偿网络实现反馈回路的频率补偿，使整个环路有合适的相位裕度，并分析bode图，最后用cadence软件针对具体的电路进行仿真，并给出仿真结果。

【关键词】DC-DC;环路稳定;buck;boost1.引言在DC-DC转换器的设计中，电路的稳定性是系统设计中的一个难点，它必须在整个输入电压范围内或者输入发生变化时保持输出稳定。

本文针对buck/boost型DC-DC转换器设计了一个频率补偿方案，可以为相应的电路设计提供参考。

除了可以在电路的设计上采用一些较为传统的方式提高稳定性外，比如提高误差放大器的增益和基准电压、基准电流的精度，还可以增加环路补偿电路，来保证电压反馈环路的稳定。

本文主要通过对环路的两个部分分析，通过稳定条件，给出bode图，最后在给定参考值下用cadence软件仿真。

在电源电压由2.7V至5.5V变化时，输出电压的纹波满足设计要求，电路的稳定性非常好。

2.环路设计一个完整的buck/boost型DC-DC转换器应该包括基准电压产生电路、斜坡信号产生电路、误差放大器、逻辑和驱动电路等重要模块。

除此之外，还会包括过温保护、欠压锁定和软起动等保护电路。

文章则是通过对上述结构的转换器简化，将非线性结构线性化，分析其稳定性，并进行频率补偿。

控制环路结构简化图如图1所示，先分析buck模式下的稳定性，即当S3闭合S4断开，而和在每个周期中交替导通时。

图1 简化结构图下面分两个部分对上述结构讨论。

2.1 控制到输出这部分采用脉冲宽度调制（PWM），保持频率（150KHZ）不变，调节占空比（D）从而调节开关管的导通时间，控制输出电压。

运放环路补偿1. 介绍运放环路补偿是一种技术手段，用于在运放电路中消除由于内外干扰引起的不稳定性和失真。

它通过采取适当的措施来改善运放电路的性能，以提高电路的精度、稳定性和可靠性。

2. 运放环路补偿原理运放环路补偿的原理是通过反馈将输出信号与输入信号进行比较，并在运放电路中引入相应的补偿网络来调整运放的增益和相位，使得输出信号更加准确和稳定。

3. 运放环路补偿的必要性3.1 电路的稳定性在运放电路中，由于温度、供电电压变化以及元件参数等因素的影响，电路的增益和相位往往会发生变化，从而引起输出信号的失真。

通过运放环路补偿，可以有效地抑制这些不稳定因素，提高电路的稳定性。

3.2 电路的精度运放的非理想性能，如偏置电流、漂移等都会导致电路的输出与输入信号存在一定的误差。

通过运放环路补偿，可以减小这些误差，提高电路的精度。

3.3 抑制噪声运放电路中的噪声会对输出信号产生干扰，从而影响电路的性能。

通过运放环路补偿，可以有效地抑制噪声对输出信号的影响，提高电路的信噪比。

4. 运放环路补偿的实现方法4.1 反馈电路设计在运放电路中引入适当的反馈电路是实现运放环路补偿的关键。

反馈电路可以根据电路的需求选择不同的类型，如电压反馈、电流反馈等，以提供相应的增益和相位调整功能。

4.2 补偿网络设计为了实现运放环路补偿，需要在反馈电路中引入补偿网络。

补偿网络的设计需要考虑电路的频率特性，以实现对电路增益和相位的调整。

4.3 参数调整与优化在运放环路补偿的实际应用中，需要对补偿网络的参数进行调整和优化。

通过合理选择和调整参数，可以使得电路的性能达到最佳状态，从而实现更高的精度和稳定性。

5. 运放环路补偿的应用领域5.1 测量仪器在各类测量仪器中，为了提高测量精度和稳定性，常常采用运放环路补偿技术。

通过对运放电路的补偿，可以减小仪器的误差和漂移，提高仪器的测量精度。

5.2 控制系统运放环路补偿技术也广泛应用于各类控制系统中。