开关电源环路设计的一些看法

其实可以先看看自动控制PID那章。P调节。就是纯电阻，无C,L、这个调节就是个衰减，或者放大。使得系统有静差。开环增益加大，稳态误差减小，fc增大，过渡过程缩短，系统稳定性变差。这种很少很少用。改进一下，PI调节：消除静差。打个比方，就是431的R和K之间放置2个元件，R串C。好处就是提供了负的相角，因为有了一个极点一个零点。极点在0点。使得相角裕量减小，所以，降低了系统的相对稳定性。但是，穿越频率fc有所增加。PD调节。这个用的不多。PD调节增大了系统的fc，导致系统响应加快，相位裕量增加。高频时有噪声。PID调节：低频时PI，高一点时PD调节。低频时提升静态性能，高频时提升稳定性以及响应速度。反激中用的比较多的是改进型PI，也就是type II和III。那么，理想的传函应该是什么样子：1.低频段：高增益，以减小静差；2.中频段：fc附近，-20db，确保足够的相位裕量；3.高频段：增益要小，以降低开关谐波极其噪声的影响。如果此时-40db下降都无法解决，那么，再加低通滤波器。如果此时TYPE II不足以提供足够的相位裕量，那么，上TYPE III试试。归纳一下：低频段：稳态性能；中频段：动态性能；高频段：抗干扰性能。fc大，则快速性好，但是抗干扰能力下降，中频段最能反映系统的稳定性，快速性。小信号分析时，分压网络里的那个接地的电阻啥时候在传递函数里出现，啥时候不需要考虑吧。你用哪个运放组成误差放大网络？是431的，还是PWM控制器本身自带的？这是一个问题。可以简单地理解PID作用的分工：P：粗调I：细调D：预测。分压后，直接将反馈电压送到反相端，分压网络的下端电阻，在交流分析中，是不考虑的。如果反馈电压通过电阻输入给反向端，分压网络的下端电阻，是要考虑进去交流分析的。正解。旅长这句话说的很精彩，PID调节：低频时PI，高一点时PD调节。以前还真没注意到这个细节，类似于滞后-超前补偿的说法。只是现实中的补偿器，无论是2型还是3型，都不是单纯的pid。是的TYPE II，好像在自控书上就叫做改进型PI调节。P是必须的，I,D可以互相转换的，这样绕不绕口？P是根本，I和D 属于点缀，但I和D不能互换吧，各自的作用是不同的，不知旅长所言互换为何意啊。我也不知道。旅长在上面说I和D可以互换，我问的是互换为何意？是零极点前后位置可以互换，还是I和D的作用可以互换，缘何作此答？作用。

请明确：fc是什么频率？穿越频率，交越频率。其实，自动控制里面都讲到了ωc。和这里的fc就是一个简单的系数（2π）的问题。里面看博德图，你很快就会发现，其实问题很简单。很多书上也说是截止频率，这个表述应该是很好的。还有的说是交界频率。其实就是开环对数幅频特性等于0db的频率值。这个值越大，系统快速性越好。这个值，大概在0.1~0.2的开关频率之间。“转折频率”是同一个频率吗？转折频率跟穿越频率不是一回事情。穿越频率，是增益为0db时的频率，也叫截至频率，交越频率。转折频率一般都是增益变化3db时候的频率，频率分析中我们常说的零点和极点，本质也都是转折频率。正解，-3db。P：粗调，就是直流增益。太大了就有可能震荡。就是当前值与给定值做差，放大；I：细调，将误差进行积分；D：预测功能，这个，可以看自控书。D大，就会产生毛刺。判断当前值变化趋势，及时作出调整，减小调节时间，提高响应速度。有N 多种调节办法，但是灵魂就是P肯定是有的，有没有I,D那就看实际情况了。实际上我们开关电源中就是用的改进型PI，也就是type II,type II.很少很少用到D。D，就是在电源输出的地方，串RC到2.5V参考那个脚，我们一般不这么搞。至于改进型PI调节，自控书上都有讲解，我就不罗嗦了。关于type II,type III，GOOGLE上大把大把。关于这方面的计算，也已经完全公式化了。开关电源，主要也就用这2个补偿。其中typeIII用的还比较少。所以，先把3842系列吃透，把TYPEII玩的烂熟，然后回炉，看看自控的书，就OK拉。关于PD调节，对于负载扰动来说，对输出电压造成的纹波，可以看作是输出阻抗与环路整体增益的比值。而PID调节相当于处于反馈通道，增加了PD调节，在前向通道，并没有增加零点。这时候，系统的峰值响应时间（最大过冲时间）并没有降低，降低的是系统调节时间（也就是进入2%误差带的时间），相当于增大了系统的阻尼。其实玩转TYPE3更有味道哈，其余两种可以看做它的特例。有挑战性哈。我记得TI哪篇文章非常详细地讲了TYPE III。关于TYPE2的补偿，VENABLE提出的一个K因子，分析的也

比较透彻。Designing Type III Compensation for Current Mode Step-Down Converters，TI的。是不是这个~slva352a[1]。是的，搜Designing Stable Compensation Networks for Single Phase Voltage Mode Buck Regulators。旅长看过的资料真多啊，Designing。Design Type III Compensation Network For Voltage Mode Step-down Converters，来自ANALOGICTECH。

我们平时调环路，主要就是调这个补偿电路。我发一问：我们输出的是直流，采集的是直流。那为啥还用运放进行放大？加RC干嘛？要补偿干嘛？这些与交流频率有关系的，与直流有啥关系？直流不是被电容给隔了吗？解释下：开关电源的模型，有三个入口：1、参考输入vref；2、输入母线电压vin；3、负载扰动Io；其中2和3的变动，可以认为是交流的，反馈的目的，就是让输出电压在这些扰动情况下，依然稳定。可以认为是交流上有直流提升。就像纹波一样吧，有交流含量，需要AC耦合去测试。不知道这样理解对不对。这个讲起来很绕口。我觉得这样理解没错。电源的环路调整，针对的小信号模型，是在静态工作点附近展开的。频率分析法也是正弦小信号稳态分析，输入扰动和负载扰动可以用正弦小信号来假设。

再谈一下PC817的作用：PC817是线性光耦，集-射极的动态电阻由初级电流iF和集电极电流iC决定；iF利用三端可调稳压管TL431进行反馈控制.输出电压升高，输出采样电阻，下面那一颗电压上升，TL431的VAK下降，iF上升，光耦次级VCE下降；如果2接地，1反馈接1脚，那么此时1脚电压下降，占空比D下降，输出电压下降。所以稳定。其实VCE与iF构成负反馈。就很好理解了。此时，TL431接RC补偿，也就是TYPEII，对于光耦以及3842,2脚接地，光耦射极也接地。从8脚拉一颗1K或者稍大的电阻拉到光耦集电极。将这个反馈信号直接拉到1脚。反馈就完成了。至于1,2脚之间，可以接一个pf级别的电容。不能太大。程旅长讲解得确实好，需要慢慢消化，我只看了个大概，就感觉受益匪浅。只是感觉语言有点不连贯，措词有点颠三，但不影响里面的精髓所在。光耦并非是完全线性的，一般来说，近似个一阶惯性，在10k处会存在一个极点。是的。但是有些光耦线性度很好。比如HCNR200，201它就可以进行交流小信号的采集，隔离。其实核心，就是调那几个RC，而且这些值，在日常设计中，居然还很确定。说的没错，反馈回路也就无非是那几个类型的运放，程旅长有空再给我们普及下小信号建模的知识。有模型，有控制，才组成一个完整的系统。小信号建模，分一块一块的，比较好理解。比如，光耦一块，431一块，运放一块，PWM一块。是不是好像少一块：功率开关和滤波环节。这一块应该是建模的核心所在，从控制端到输出端的传递函数，对我们来说，更有实用价值。同意bode老师说的，我们的补偿环节，归根结底都是为“它”服务的。因此这一块也被称作----控制对象。

这个案例中，431为什么并了一个RC还要并一个电容CS5呢？还有，反馈接在电容前一个电容CI4后和后一个电容CI5后有什么样的区别呢？我看见有些LED设计中，就是接在

后面一个电容的反馈。BODE的附件中有详细解释的。而且，你只要注意一点，CS5，CS6不是一个数量级的。这点很重要的，R8跟CS5、CS6串联之后的容值构成一个极点。一般来说，Cs6远大于Cs5。极点的形成，是R8和Cs5、Cs6串联之后的容值形成的，这点很容易搞混。另外Rs10和Cs6形成一个零频极点，这个极点，对带宽的影响非同小可。C=C5C6/(C5+C6)，但是C6远远大于C5。顺便问个问题：431那里的PI是否一定要加？什么情况要加?什么情况可不加？是否要加PI，具体看电路的其他参数阿，在要求不高的场合，有时候直接加一个电容就行，当然这样一来，带宽就做不高。

再简而言之，就是，我们用R,C，运放实现改进型的PI调节。使得电源有尽量宽的带宽，尽量快的反应速度，尽量大的相位裕度，抗干扰能力尽量强。当然，抗干扰能力还与LAYOUT 有很大关系。这要另说。但是，以上这些，需要折中，有时候需要妥协。是的，调试的目的，是要实现快准稳。快，就是反应速度快，准，就是静态误差小，稳，就是超调小响应平稳，我们都玩过反恐精英，使用AWP狙就要做到快准稳，走在大路上，突然发现自己在失血，就要快速判断出敌人所在位置，快速转身开枪瞄准，一击秒杀，三者缺一不可，

反应仅仅快，但枪法不准也不行；枪法很准，但反应慢腾腾的也不行。电源的带宽是一个什么样的概念呢？电源的带宽不会很宽。我们要尽量做的宽一点，输入大范围内变化时使得电源具有快速响应以及稳定性。这是我的理解。电源的带宽，就是开环增益为0db时的频率宽度。