开关电源环路设计与计算经验分享

本文主要内容是为大家简单介绍开关电源，以反激变换器为例进行开关电源环路分析，并进行开关电源的环路补偿。

开关电源简介
用途：AC/DC， DC/DC， DC/AC (inverter)
基本拓扑结构：
    非隔离型：Buck， Boost， Buck-Boost……
    隔离型： Forward, Flyback, Half Bridge, Full Bridge, Push-Pu
    整流型： 全桥型整流、全波型整流、同步整流(SR)
调制方式：
    PWM (pulse width modulation)
    PFM (pulse frequency modulation)
    其它衍生调制方式
控制模式：电压模式、电流模式
开关电源系统可分为两大块：负反馈回路(feedback loop)、保护功能(OVP, OCP, OTP ……)


开关电源环路分析和设计流程：


开关电源环路的小信号传函：


Flyback 系统控制流程图：

TL431 及其等效模型：

Power Stage小信号模型建立流程：

Flyback PWM Stage小信号模型(CCM)：

右半平面零点(RHZ)的直观理解：

PWM Stage 的小信号建模：

考虑斜率补偿后的Power Stage 传函：

考虑斜率补偿后的Power Stage传函(CCM)：




DCM模式下Power Stage 小信号传函：


电流模式与电压模式的直观理解：

电压模式的信号流程图：


电流模式的信号流程图：

负反馈环路稳定性：

• 环路增益[loop gain T(s) T(s)包含了系统稳定性信息]
• 幅频-相频曲线，波特图
• 单位增益带宽(frequency @ T=0dB)
• 相位裕量(Phase margin) >45°
• 增益裕量(Gain margin) >-12dB
  

零极点对环路稳定性的影响及环路带宽选择标准：

环路的补偿考虑：

• 环路需要补偿以获得足够的相位裕量(Phase margin) 和增益裕量(Gain margin)，因为环路存在很多零极点， 低频的或者高频的。
• 环路补偿的目的是：在带宽内等效为单极点系统. 环路单位增益带宽内只有一个极点(一个导致90°相移， 从而系
• 统有180-90=90°相位裕量)， 或者一个极点和一个零极点对(这样等效为环路带宽内只有一个极点)...
• 通常补偿网络放在EA (error amplifier, 例如TL431)的输入输出跨接，或者输出到地。在环路的其他地方，根据实际情
• 况也可以适当引入一些零点或者极点以抵消环路带宽外的一些高频极点或者零点。
  

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