class-D环路稳定性分析和如何补偿?

katherinezhang · 发表于 2009-8-17 14:28:36

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现在准备做一个class-D,但是对其环路大信号和小信号如何稳定还不是很清楚, 请大家赐教,如果有相关的资料也谢谢大家共享(有回报的哟,我会给大家赠送信元的).

jeff_zx · 发表于 2009-8-18 11:25:35

常用的一阶积分器不用补偿
2阶的，会引入一个左半平面的zero，只要zero在带宽内就可以稳定
更高阶的还未见有人用，但理论一样，n个pole就要有n-1个zero
已经是做滥了的东西，随便down点paper看看，大同小异了

[ 本帖最后由 jeff_zx 于 2009-8-18 11:27 编辑 ]

buckaroo · 发表于 2009-8-19 22:48:56

closed loop transfer function第一个极点slightly>20KHz，其余极点摆到UBW之外，使得damper factor>1。Open loop的phase margin要够

katherinezhang · 发表于 2009-8-20 09:23:59

原帖由 jeff_zx 于 2009-8-18 11:25 发表

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常用的一阶积分器不用补偿
2阶的，会引入一个左半平面的zero，只要zero在带宽内就可以稳定
更高阶的还未见有人用，但理论一样，n个pole就要有n-1个zero
已经是做滥了的东西，随便down点paper看看，大同小异了

你好,谢谢你的回答,我也是想做一个两阶的class-D,这样distortion会好,可是没有这方面的资料和经验.请不吝赐教!

katherinezhang · 发表于 2009-8-20 09:32:39

原帖由 buckaroo 于 2009-8-19 22:48 发表

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closed loop transfer function第一个极点slightly>20KHz，其余极点摆到UBW之外，使得damper factor>1。Open loop的phase margin要够

谢谢!
closed loop的第一个极点要求大于20KHz,那么振荡器频率处的增益有什么要求吗?
open loop中在音频20Hz-20KHz范围内的开环增益有要求吗?比如说必须大于某一个order;
               在开关频率处的增益又是如何才能使得性能比较好?
               对于class-D他的开环GBW取到多少比较合理?理论上在20KHz最好,但是能这样做吗?响应能跟得上吗?
               保证环路大信号稳定的条件是什么呢?

问题比较多,请不吝赐教!

jeff_zx · 发表于 2009-8-20 11:54:41

原帖由 katherinezhang 于 2009-8-20 09:32 发表

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谢谢!
closed loop的第一个极点要求大于20KHz,那么振荡器频率处的增益有什么要求吗?
open loop中在音频20Hz-20KHz范围内的开环增益有要求吗?比如说必须大于某一个order;
在开关频率处的 ...

说说我的理解吧。
现在的close loop的Class D有一些sigma delta中noise shaping的概念在里面，但是却少了D to A的环节。但实际上我们从输出拿到的反馈数字信号不完全是我们想要的，我们只是想要其中的audio signal，换句话说，我们只关心占空比的信息，而至于方波的频率多少，峰峰值多少还真是无所谓的。这就和PLL中我们从PFD拿到的信号只想把DC分量送给VCO一样。因此就需要一个Loop filter，积分器就充当着这个filter的作用，剩下的理论就基本和noise shaping一样了，我们当然希望做一个理想的滤波器20K以前全通，20K以后全部cut，这也就是为什么主pole放在20K附近的原因。至于在开关频率除，当然希望尽可能得滤除。
再来说说带宽的问题
首先必须明确的是，Class D本身是个非线性系统，但我们来谈gain和GBW的时候，就已经首先将其线性化了，这些分析是定性而非定量的
GBW的选取是个trade off，首先你要保证系统在20K时候的loop gain能够保证你对THD的要求，但太大的GBW会影响你系统loop filter的性能。
从稳定性的角度是一定要小于开关频率的
至于大信号，你要保证你积分器输出的斜率是小于三角波斜率的。
至于THD，其实一阶就可以做到0.15%以内了
多说一点，其实一个成功的Class D THD是最最基本的要求，其他的很多问题时慢慢才会遇到和发现的
Good luck
嘿嘿

[ 本帖最后由 jeff_zx 于 2009-8-20 12:00 编辑 ]

magicdog · 发表于 2009-8-21 10:21:22

原帖由 jeff_zx 于 2009-8-20 11:54 发表

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说说我的理解吧。
现在的close loop的Class D有一些sigma delta中noise shaping的概念在里面，但是却少了D to A的环节。但实际上我们从输出拿到的反馈数字信号不完全是我们想要的，我们只是想要其中的audio ...

katherinezhang · 发表于 2009-8-21 19:49:24

谢谢jeff_zx的回答！
我还有一个问题不是很明白，就是大信号稳定的条件：积分器输出的斜率小于三角波斜率。
这个积分器输出的斜率指的是aduio信号上叠加的输出信号吗？这个条件反应到design参数上怎么体现呢？

buckaroo · 发表于 2009-8-21 20:14:28

就要拿去做pwm比较的信号，要是这个信号的斜率比三角波的斜率还大，你说三角波还能追得上它么？追不上就无法反应误差信息，那系统自然收敛不了。

katherinezhang · 发表于 2009-8-24 09:26:27

原帖由 buckaroo 于 2009-8-21 20:14 发表

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就要拿去做pwm比较的信号，要是这个信号的斜率比三角波的斜率还大，你说三角波还能追得上它么？追不上就无法反应误差信息，那系统自然收敛不了。

谢谢!这个我明白,可是在设计class-D时怎么去实现呢?要满足这个要求哪些参数必须要满足呢?

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