开关电源的控制环截止频率和开关频率的关系

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来源：发布时间：2019-07-09 点击量：1304

开关电源的控制环截止频率和开关频率的关系

对于这个问题是很专业的问题，非电力电子专业的小伙伴看不懂很正常。而且如果不搞这行的话，私下觉得其实也完全没有搞懂这个的必要。开关电源的这一问题下面就来简单叙述一下吧。

开关电源的控制环截止频率和开关频率的关系香农采样定理
看到这个定理，估计第一反应就是联想到信号与系统、数字信号处理、ADC采样但绝对联想到不到电力电子变换器，香农采样定理和电力电子变换器扯上关？且听细细道来。对于电力电子变换器来说，占空比是最终的控制信号。而调制波和载波交截确定了占空比，那么占空比是由调制波确定的，由于是采样，那么自然有香农采样定理，香农采样定理告诉我们，电力电子变换器输出电压的频率是有上限的，理论上最高是开关频率(载波频率)的一半。其实想想现实中存在的变换器，是不是恍然大悟了？一个开关电源的开关频率为100kHz的变换器，你可以让他输出直流(0频率)，输出50Hz(并网逆变器)，400Hz(航空变流器)，但有没有听说一个开关频率为100kHz的变换器能输出可控的100kHz的正弦波的？这其实和环路截止频率为开关频率的1/5~1/10没啥关系，哪怕你环路截止频率再高，也不可能输出开关电源的开关频率一半频率以上的电压，这是由采样系统本质决定的。调制波与载波多次相交这个叫斜坡匹配原则。正常情况下调制波和载波应该这样而当调制波上升的斜率超过载波上升斜率时，就会进入不正常的状态，所以说，要降低环路的截止频率，使其能够很好地抑制开关次的纹波，使得调制波的上升斜率不超过载波的上升斜率，这确实是可以算模拟控制中环路截止频率为开关频率的1/5~1/10的原因之一。但开关电源的数字控制不存在这个问题，数字控制由于零阶保持器的存在，调制波在一个周期内是保持不变的，斜率恒为0，不存在斜率匹配的要求小信号模型的准确性这个问题很关键，其实准确的说法是，状态空间平均法的准确性。我们来看下状态空间平均法对PWM环节的处理。

开关电源的数字控制的延时问题这个问题也很重要，不同于模拟控制，数字控制由于存在零阶保持器和一拍滞后，总共会在环路中引入1.5拍滞后拍滞后是如果采样频率等于开关频率，在环路中会引入540*f/fs的相位滞后，也就是说，在开关电源的开关频率处会引入540度的相位滞后！即使截止频率是开关电源的开关频率的1/10，光是数字控制在截止频率处也会引入54度的相位滞后，其实也很难补偿回来了。所以说，在数字控制下，为了保持控制系统有足够的相角裕度，其截止频率会更低一些，从而减小数字控制引入的相角滞后的影响。当然还有一种办法是提高采样频率，现在我们做逆变器一般采样频率是开关频率的两倍。这也是为了减小数字控制造成的延迟。

叙诉了这么多，还是感觉云里雾里的，不过没关系，就让这些交给专业人士来伤脑筋吧，我们只管知道开关电源怎么安装怎么使用就已经够了。

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