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小型发电机稳压器-西安三相稳压器厂家销售
发表时间: 2024-12-18 02:50:11 作者: 产品中心
闭环系统(Closed-loop System)有个特性称为回路增益(Loop Gain)。在稳压电路中,回路增益定义为反馈信号(Feedback Signal)通过整个回路后的电压增益(Voltage Gain)。为越来越好的解释这个概念,LDO的结构框图(图2)作如下修改(图6:回路增益的测量方法)。
变压器(Transformer)用来将交流信号(AC Signal)注入(Inject)到“A”、“‘B”点间的反馈回路。借助这个变压器,用小信号正弦波(Small-signal Sine Wave)来“调制”(modulate)反馈信号。可以测量出A、B两点间的交流电压(AC Voltage),然后计算回路增益。回路增益定义为两点电压的比(Ratio):
需要注意, 从Vb点开始传输的信号, 通过回路(Loop)时会出现相位偏移(Phase Shift),终到达Va点。相位偏移(Phase Shift)的多少决定了回路的稳定程度(Stability)。
如前所述,所有的稳压器都采用反馈( Feedback)以使输出电压稳定。输出电压是通过电阻分压器进行采样的(图6),并且该分压信号反馈到误差放大器的一个输入端,误差放大器的另一个输入端接参考电压,误差放大器将会调整输出到导通管(Pass Transistor)的输出电流以保持直流电压(DC Valtage)的稳定输出。
为了达到稳定的回路就使用负反馈(Negative Feedback)。负反馈,有时亦称为改变极性的反馈(degenerative feedback),与源信号的极性相反(图7:反馈信号的相位示意图)。
负反馈与源(Source)的极性相反,它总会阻止输出的任何变化。也就是说,如果输出电压想要变高(或变低),负反馈回路总会阻止,强制其回到正常值。
正反馈(Positive Feedback)是指当反馈信号与源信号有相同的极性时就发生的反馈。此时,回路响应会与发生明显的变化的方向一致。显而易见不能达到输出的稳定,不能消除输出电压的改变,反而将变化趋势扩大了。
当然,不会有人在线性稳压器件中使用正反馈。但是假如慢慢的出现180°的相移,负反馈就成为正反馈了。
相位偏移就是反馈信号经过整个回路后出现的相位改变(Phase Change)的总和(相对起始点)。相位偏移,单位用度(Degrees)表示,通常使用网络分析仪(network analyzer)测量。理想的负反馈信号与源信号相位差180°(如图8:相位偏移示意图),因此它的起始点在-180°。在图7中能够正常的看到这180°的偏置,也就是波型差半周。
可以看到,从-180°开始,增加180°的相移,信号相位回到零度,就会使反馈信号与源信号的相位相同,从而使回路不稳定。
相位裕度(Phase Margin,单位:度),定义为频率的回路增益等 0dB(单位增益,Unity Gain)时,反馈信号总的相位偏移与-180°的差。一个稳定的回路通常要20°的相位裕度。
极点(Pole)定义为增益曲线(Gain curve)中斜度(Slope)为-20dB/十倍频程的点(图9:波特图中的极点)。每添加一个极点,斜度增加20dB/十倍频程。增加n个极点,n ×(-20dB/十倍频程)。每个极点表示的相位偏移都与频率相关,相移从0到-90°(增加极点就增加相移)。重要的一点是几乎所有由极点(或零点)引起的相移都是在十倍频程范围内。
注意:一个极点只能增加-90°的相移,所以少需要两个极点来到达-180°(不稳)。
零点(Zero)定义为在增益曲线dB/十倍频程的点(如图10:波特图中的零点)。零点产生的相移为0到+90°,在曲线°角的转变。清楚零点就是“反极点”(Anti-pole),它在增益和相位上的效果与极点恰恰相反。这也就是为何需要在LDO稳压器的回路中添加零点的原因,零点可以抵消极点。
用包含三个极点和一个零点的波特图(图11:波特图)来分析增益和相位裕度。
假设直流增益(DC gain)为80dB,个极点(pole)发生在100Hz处。在此频率,增益曲线kHz处的零点使斜度变为0dB/十倍频程,到10kHz处斜度又变成-20dB/十倍频程。在100kHz处的第三个也是后一个极点将斜度终变为-40dB/十倍频程。
相位偏移图表示了零、极点的不同分布对反馈信号的影响。为了产生这个图,就要依据分布的零点、极点计算相移的总和。在任意频率(f)上的极点相移,可以通过下式计算获得:
此回路稳定吗?为了回答这样的一个问题,我们根本无需复杂的计算,只必须了解到0dB时的相移(此例中是1MHz)。
前两个极点和个零点分布使相位从-180°变到+90°,终导致网络相位转变到-90°。后一个极点在十倍频程中出现了0dB点。代入零点相移公式,可以计算出该极点产生了-84°的相移(在1MHz时)。加上原来的-90°相移,全部的相移是-174°(也就是说相位裕度是6°)。由此得出结论,该回路不能保持稳定,可能会引起振荡。
NPN 稳压器的导通管(见图1)的连接方式是共集电极的方式。所有共集电极电路的一个重要特性就是低输出阻抗, 意味着电源范围内的极点出现在回路增益曲线的高频部分。
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