Stabilité conditionnelle dans une réponse en boucle ouverte.
Tout d'abord, puisqu'il s'agit de Ridley, vous pouvez parier qu'il s'agit d'une réponse en boucle ouverte d'un convertisseur de puissance. Cette réponse sera stable pour le gain indiqué pour les petites perturbations de boucle linéaire. Si la perturbation de la boucle devient suffisamment importante pour entraîner les amplificateurs en fonctionnement non linéaire, la boucle deviendra probablement oscillatoire car le fonctionnement de la région non linéaire aura un gain d'amplificateur plus faible.
Le problème avec des boucles comme celle-ci est que même si elles sont stables, il est courant que les systèmes aient un gain qui varie considérablement en fonction de la tension d'entrée, de la charge ou de la température, ou d'une combinaison de tous ces éléments. Si vous utilisez une boucle conditionnellement stable, vous devez vérifier qu'aucune de ces dépendances ne sera un facteur pendant n'importe quel mode de fonctionnement (y compris les conditions de démarrage). Une fois que ces types de boucles commencent à osciller, elles ont tendance à coller (l'oscillation réduira le gain pour qu'il en soit ainsi).
Notez que la boucle comme indiqué est correctement compensée avec 2 zéros pour couvrir les 2 pôles. Le problème est que les pôles proviennent probablement d'un filtre LC (pôles complexes) dans la boucle. Il y aura une inductance à faible perte et une batterie de condensateurs à faible perte qui se combineront pour donner une réponse Q élevée. Puisque ce Q est élevé, toute la contribution de phase de la LC se produira dans une très petite gamme de fréquences; à partir du graphique, il ressemble à environ une octave pour 180 degrés de perte de phase. Les zéros compensatoires Opamp seront simples, et donc l'augmentation de phase se produira sur une période de fréquence de 2 décades (au minimum). Ainsi, même s'il existe une amplification de phase adéquate pour couvrir la perte de phase LC, il y aura un creux de phase et une marge de phase nulle ou négative au milieu près des pôles.
Solutions possibles à ce type de réponse en boucle:
Les zéros compensatoires peuvent être divisés de sorte que l'on entre avant les pôles (attachez les pôles), en ajoutant un peu de coup de phase au début. Cela pourrait entraîner une plus grande marge de phase au creux de phase, mais pourrait ne pas être suffisant.
La meilleure action consiste généralement à réduire le Q du filtre LC.
Déconstruction de boucle:
Pour montrer comment ce type de réponse en boucle ouverte pourrait se produire, la boucle peut être déconstruite à l'aide d'un modèle simple.
Je ne connais pas vraiment le circuit qui a provoqué la réponse de l'OP, mais je soupçonne, d'après la façon dont la réponse semble provenir d'un régulateur de suralimentation en mode conducteur continu. Un modèle de base comprendrait un filtre LC, un PowerModulator et un amplificateur d'erreur. Un semi-schéma d'une version en boucle ouverte AC est:
Le circuit reflètera en général le comportement d'une boucle de boost CCM, bien que les détails ici soient choisis pour être raisonnables et obtenir la correspondance la plus pratique avec la boucle publiée ... avec le moins de travail. Ceci est juste un outil pour aider à séparer toutes les parties de la boucle et à montrer comment elles iraient ensemble pour former la boucle totale.
Commençons par le résultat de ce modèle, la boucle complète:
Pas trop mal ... semble assez proche de l'original. Vous pouvez voir que le caractère de base de la boucle est un intégrateur avec une perturbation résonnante LC à 1000Hz. Aux fréquences inférieures aux pôles LC, le gain de boucle diminue à -20 dB par décennie, et aux fréquences supérieures aux pôles LC, le gain reprend une baisse de -20 dB par décennie. Donc, comme il y a globalement un roll-off à 1 pôle (-20 dB /), quelque chose a géré ces 2 pôles LC en les couvrant de zéros. Il existe des artefacts supplémentaires qui apparaissent au-dessus de ~ 20 kHz; Zéro ESR dans le filtre LC, zéro du demi-plan droit (rhpz) et fréquence de Nyquist; qui sera brièvement mentionné.
Réponse du filtre LC:
Co
Modulateur de puissance avec filtre LC:
Le modulateur de puissance a été ajouté au filtre LC ici. Le modulateur de puissance a 30 dB de gain, le demi-plan droit zéro à 70 kHz et un pôle pour la fréquence de Nyquist à 100 kHz (oui je sais que l'ajout d'un pôle n'est pas la bonne façon de gérer Nyquist, mais cela devra faire pour cela ). Sauf pour avoir 30 dB de gain, le tracé de gain ressemble à la LC. Mais qu'en est-il de cette phase? C'est le rhpz qui présente une phase comme un pôle lhp, mais un gain comme un zéro lhp. C'est principalement pourquoi la phase de boucle ouverte ne se rétablit jamais autant que vous ne le pensez après la résonance LC.
Amplificateur d'erreur:
Ici, vous pouvez voir la réponse de l'amplificateur avec son pôle intégrateur basse fréquence, suivi de 2 zéros à environ 1 kHz et 7 kHz, un pôle à 42 kHz pour aplatir le dernier zéro avant de courir dans la limite de bande passante de gain de l'amplificateur.
L'ampli op avait une bande passante de 20 MHz avec un gain de 140 dB et un pôle basse fréquence de 2 Hz. Le gain de l'intégrateur est défini par R1 et C1. Le premier zéro est fixé par C1 et R3. Le deuxième zéro est fixé par C2 et R1. Le poteau de mise à niveau est réglé par C2 et R2.