下垂控制Droop特点分析

最近开始工作啦，思考很久，还是保留经常记录的习惯吧！为了不辜负粉丝的信任，我得写详细点。

---

 

今天分享一种工业上常用改善动态响应的控制方法。

一、原理

　　 当电源负载从轻载切换到重载的时候，输出电压存在一个向下的跌落。

　　当电源负载从重载切换到轻载的时候，输出电压存在一个向上的过冲。

  

　　传统恒压控制在整个负载范围内，输出电压恒定在固定值。 

　　电流下垂控制是根据输出电流的大小，在允许的范围里面改变输出电压的恒压值。

　　重载时，使用电流下垂控制的输出电压比传统恒压控制时低，轻载时，使用电流下垂控制的输出电压比传统恒压控制时高。

　　那么，在相同的环路特性和动态负载变化下，使用电流下垂控制比传统恒压控制过充和跌落较低。

　　具有输出电压Droop功能的的变换器，等效为理想电源与电阻串联。由于工厂批量生产存在的误差，变换器输出电压存在一定的差异。无Droop功能的变换器直接并联，输出电压较低的变换器将会成为输出电压较高的变换器的负载。Droop功能可以用于变换器并联均流，但是均流效果不佳。

 

 

 　　下图表示了具有不同Droop深度的变换器，均流效果的对比。下图显示，Droop深度越大，则等效电源电阻越大，均流效果越好，但是Droop深度较大导致变换器空满载输出电压差异较大。

 

 

二、特点

2.1优点

•  减小动态负载的过充和跌落，减小输出电压的变化区间。
• 对于LLC谐振变换器的PFM控制，电流下垂控制有助于减小开关频率的变化范围。
• 对于传统的PWM变换器，电流下垂控制有助于减小占空比的变化范围。
• 有助于多模块并联均流。
• Droop深度大则均流较好。

2.2缺点

• 控制相对传统恒压控制复杂。
• 均流效果与等效电阻有关

 

三、硬件实现

 

 　  通过使用硬件电路，同时反馈输出电压和输出电流。其中：输出电压为Vuo，输出电流转化为电压信号为Vio，Vref为环路PID参数的设定值。

　　根据戴维南等效原理，当有两个输入源时，总的Vref电压等于其中一个分别为零时的叠加。

 

 

 

　　由上式可知，反馈电压Vref是输出电压Vuo和输出电流Vio的函数。

　　另外一种求解方法是使用KVL方程，假定节点电压电流建立如下公式：

　　化简可得：

 

 

四、软件实现

　　由上面分析可知，软件实现更加灵活。只需要分别采样输出电压Vo和输出电流Io，然后定义反馈为：

五、总结

• 电流下垂控制本质：电流下垂控制的本质是在电压闭环中引入电流反馈，实现电压和电流同时反馈。
• 在工业电源之中得到广泛应用。
• 同时反馈输出电压和输出电流。