Control de modo de voltaje de un convertidor Buck DC-DC

Mi pregunta anterior era sobre un convertidor de dinero de estilo histérico:

Esquema de control del convertidor reductor: ¿por qué no basta con un comparador?

Por lo que deduzco de las respuestas anteriores, un convertidor reductor de estilo histérico no funcionaría de manera eficiente ya que la frecuencia de conmutación no es constante, lo que resulta en una ondulación de salida.

Aquí está el esquema del esquema de modo de control de voltaje estándar:ingrese la descripción de la imagen aquí

El lazo de control tiene dos partes principales: amplificador de error y comparador de voltaje. Un amplificador de error es un amplificador diferencial con una alta ganancia.

Entiendo que para mantener constante la frecuencia de conmutación, el voltaje de error se compara con un diente de sierra (de frecuencia fija) y la salida del comparador (VR) controla el ciclo de trabajo.

¿Cuál es la función de un amplificador de error aquí?

Incluso si la salida se comparara directamente con una onda de diente de sierra, la frecuencia de conmutación se habría mantenido constante.

Lo que he leído es que un amplificador de error es esencialmente un integrador en este caso. ¿Cómo ayuda un integrador aquí? ¿La función del capacitor es solo compensación de frecuencia?

¡Ayúdame! Este es un tema difícil para mí y no hay muchos recursos disponibles :(

** Actualización ** La salida del integrador sería una rampa con pendiente negativa a muy bajas frecuencias. ¿Cómo ayuda eso? ¿Por qué solo un integrador?

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Quién dijo que el estilo histérico daría como resultado una mayor ondulación? el punto del control histerético es asegurar una ondulación específica... la frecuencia variará con la carga y sí, esto aumentará las pérdidas de conmutación. Pero dejemos al FUD fuera de esto. Mientras el ancho de banda del controlador sea mayor que la respuesta de carga, está bien. Las máquinas SwitchReluctance generalmente se controlan con esquemas histeréticos de conmutación suave
Ese no es el esquema de un convertidor de modo de voltaje. Está comparando la salida del amplificador de error con la corriente en el inductor. Un PWM de modo de voltaje tradicional tiene un generador de diente de sierra en esa entrada al comparador y la salida PWM del comparador que acciona el interruptor. Su esquema muestra el control de modo actual.

Respuestas (1)

Su esquema muestra el control de modo actual.

En el control de modo de voltaje, el amplificador de error compara el voltaje de salida con una referencia, luego proporciona una salida que se compensa y se compara con una onda de diente de sierra que variará el ciclo de trabajo de PWM para reducir el error.

A bajas frecuencias (especialmente CC), queremos que el error sea lo más pequeño posible, por lo que queremos que el amplificador/compensación de error se vea como un integrador. Cualquier error se acumulará e impulsará el PWM para forzar el error a cero. Solo el error cero permitirá que la salida de la compensación alcance el estado estable en CC.

Si solo usáramos un integrador para la compensación, tendríamos que cerrar el bucle a una frecuencia muy baja, lo que significaría una respuesta transitoria deficiente (poco rechazo a las perturbaciones). Esto se debe a que un integrador proporciona 90 grados de cambio de fase y tendríamos que cerrar el bucle muy por debajo de la resonancia del filtro de salida LC que proporciona otros 180 grados de cambio de fase. Tampoco podríamos controlar los transitorios que provocan que el filtro de salida suene porque nuestro ancho de banda de control sería más bajo que la frecuencia resonante de LC. Aún así, queremos poner un poste en CC para una buena regulación de CC.

El filtro de salida LC tiene 2 polos. Entonces, para cancelar esos dos polos, podemos poner 2 ceros en la compensación. Ahora todavía tenemos ese cambio de fase de 90 grados hasta que comiencen a aparecer los efectos de la frecuencia de conmutación y el ancho de banda del amplificador de error.

Con los dos ceros que formamos en el compensador obtenemos también un par de polos (los queramos o no).

Así que colocamos un polo adicional en la compensación en algún lugar alrededor de la mitad de la frecuencia de conmutación para filtrar el ruido y la ondulación, y un polo en la frecuencia cero del condensador ESR para cancelar eso. Ahora podemos cerrar el bucle a una frecuencia razonable con un margen de fase razonable y seguir obteniendo una buena precisión de CC.

¿Podrías comprobar la actualización?
El esquema ahora muestra un convertidor reductor PWM de frecuencia fija en modo voltaje convencional. Si lo que escribí anteriormente no está claro, debe comenzar a estudiar la teoría del control, eso lo ayudará a comprender cuál es el propósito de la compensación.
Gracias, tengo la idea básica de por qué se requiere la compensación aquí. Necesito estudiar la teoría de control correctamente para comprender completamente su respuesta. Pensé que la única razón por la que se usa un integrador es para la compensación de frecuencia. Pero de acuerdo con su respuesta, "a bajas frecuencias (especialmente CC), queremos que el error sea lo más pequeño posible, por lo que queremos que el amplificador/compensación de error se vea como un integrador. Cualquier error se acumulará y conducirá el PWM a forzar el error a cero". ¿Cómo reduce el error el uso de un integrador?
La salida de la compensación cambia el ciclo de trabajo de PWM en la dirección de reducir el error, ¿correcto? Así que considere lo que hace la salida de un integrador dada incluso la cantidad más pequeña de error de estado estable. La respuesta escalonada de un integrador es una rampa, ¿verdad? Por lo tanto, cualquier error de CC dará como resultado que la salida del integrado aumente o disminuya y cambie el PWM hasta que el error sea exactamente cero. (Suponiendo un amplificador ideal, etc.)
¡Gracias! Tendré que estudiar la teoría de control correctamente para analizar las redes de compensación y comprender mejor el tema :)
¿Por qué querríamos cancelar ESR cero? ¿No da un impulso de fase adicional? Un mejor margen de ganancia.
Recuerde lo que el cero le hace a la ganancia: si no cancela el cero de ESR, su ganancia puede aplanarse y no cruzar 0dB donde lo desea. No puede deshacerse de los polos en su compensador, por lo que colocar uno alrededor de la frecuencia cero de ESR es un buen compromiso.
¡Gracias! Pero, ¿qué pasa si la ESR cero aparece a una frecuencia muy alta por encima de la frecuencia de cruce? ¿Podría verificar esto: electronics.stackexchange.com/q/224678/37643
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