开关电源环路设计与计算
开关电源环路设计与计算_ON-Bright
On-Bright confidential
23
零1234....极左右左右负系在系所位点半半半半反统f统有增l平平平平馈的y稳负益对b面面面面系环a定载带c环极极零零统路k性和宽O系路点点点点D补n产所为C统-::：:固偿B生有1稳中/r有必i影电6g，-定h增不增增1须响压18为t/性益稳益益0使。输1C度了0衰定增增系o入f的相减sn减，大大统的(f移小开影id，导，，满情，右关e响引致引引足形n半频起系起起系稳t。及i平a率-统9-统定l909面)环t0震度0的性o度度零路荡相剩条T相相点e移下件n带移移影p的，响a宽零而o，选极且可点要择取将考单标对虑准
On-B开riOg关hn-tB电Erigleh源cttCr环oonnif路icdse设(nStiha计al tno与gThea计nip) aC算oo. Ltd
On-Bright confidential
1
开 开 开 一 讨关关关个论电电电基源源源于OO的环简nB-环路介B2r2i路分g6h3补析t的C偿(1以o2(内nW以反fid电容反激e源n激变ti环a变换l 路t换器o设器为Te计为例np实例)a例o)
18
DCvMvFB(ΛΛs(模s)O) ≈n式V-VBF0Br下ig⋅ 11h++PtRRoCoo12wCCooon11eSsfridSetnat由平对Figalye于面于lbtaoP零Cc小owwCkTw点zp系eM==e信(n1r统而RR/pSoHR2C更言t号aoao1PC1go容，Zoe1传)易D，无C补所函右M偿以半！相
On-Bright confidential
19
电流模式与电压模式的直观a理o 解 电压模式是占空比直接调制，变压器电感是开环状态，在外围电压回路 np 中引入一个DC极点(s=0) Te 电流模式是占空比间接调制，变压器电感是闭环状态。 l to 反激变换器类似于buck-boost架构，以buck-boost为例分析。 tia 无论是电压还是电流模式，CCM中RHZ始终存在，且频率相同。
开关电源环路设计与实例详解
$ "
2@)
!
第六章
反馈环路的稳定
的时刻开始的， 直到三角波结束时刻 ! ! 为止。对于这类芯片， "#$ 芯片输出晶体管导通 （驱动信号由芯片晶体管射极输出） 被触发导通， 这将使 " &’ 增大 时， %"% 型功率晶体管 时， 功率晶体管的导通时间增加。这时， 系统变成正反馈而不是负反馈。
图()*
一、 电路稳定的增益准则
电路稳定的第一个准则是： 在开环增益为 # 的频率 （通常称为剪切频率、 交越频率或 截止频率） 处， 系统所有环节的总开环相位延迟必须小于 /!01 （译者注： 作者表述和我们习 惯表述不一致。在 $*2%图中， 我们一般习惯讨论， 开环传递函数的相位裕量和幅值裕量是 。在剪 指开环传递函数幅频特性 （增益特性） 和相频特性， 不包括负反馈引起的 #301延迟） 切频率处， 总开环相位延迟小于 /!01 （在此频率处， 总开环增益为 #） 的角度， 称为相位裕 量。 为了使系统中各器件工作在最恶劣的情况下时， 仍然保持稳定， 通常的设计准则是， 使系统至少有 /41 5 641的相位裕量。
图 # $ % （ &） 开关整流 ’( 滤波器的幅频特性； （ )） 开关整流 ’( 滤波器的相频特性
图#$（ 和图 # $ （ 所示是对应于不同输出阻抗 ! * 值， % &） % )） ’* (* 滤波器的幅频特性
# !
%+#
"
第六章
反馈环路的稳定
和相频特性。图中的曲线是对应于不同比率 ! ! " " # #（ 和 !% " & $ # $$ %$ ） !! $ #$ " ! # %
开关环路设计与计算
开关电源系统基本组成部分(Voltage Mode PWM System)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FlybackTL431Power StageFlyback PWM Stage右半平面零点PWM Stage()t d)+考虑斜率补偿后的考虑斜率补偿后的考虑斜率补偿后的考虑斜率补偿后的考虑斜率补偿后的DCM模式下电流模式与电压模式的直观理解()(O V D V D =−−1()(v d V V vI L 1ˆˆˆ−−+=()D I I L O −=1dI i L O ˆˆ−=电压模式的信号流程图(siˆ电流模式的信号流程图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方法把控制带宽拉低，在功率部分或加有其他补偿的部分相位达环路的补偿方法常用的补偿方式.补偿网络产生一个s=0(DC)极点，而且通常所以补偿网络需补偿网络的高频极点抵消输出滤波电容的ESR零点。
环路的补偿方法复杂，适用于输出带LC滤波的拓扑结构中.补偿网络产生一个s=0(DC)极点，以及两个零点和两个极点，反激变换器反馈回路的设计采用补偿方法Power Stage GainOB2263 控制芯片内部模块图OB2263OB2263基于OB2263的基于OB2263的基于OB2263的基于OB2263的5) 确定EA补偿网络的零点和极点的位置基于OB2263的基于OB2263的附录: 431及其补偿网络传函的推导6KR I v ⋅−=Thank you Any Questions？。
开关电源的设计及计算
开关电源的设计及计算1.先计算BUCK 电容的损耗（电容的内阻为R buck 假设为350m Ω，输入范围为85VAC~264VAC,频率为50Hz ，P OUT =60W,V OUT =60W ）：电容的损耗：P buck =R buck *I buck,rms 2I buck,rms =I in,min1**32−cline t F t c :二极管连续导通的时间t c =linelineF VpeakV e F **2)min(arcsin *41π−=3ms其中：V min =linein ch in in in F C D P V V *)1(***2min ,min ,−−V peak =2*V in,min其图中的T1就是下面公式中t c或：V min =η*)*21(**2**2min ,min ,in c line o in in C t F P V V −−所以(假设最低输入电压时，输入电流=0.7A)：I buck,rms =I in,min1**32−cline t F =0.7*13*50*32−=1.3A P buck =350m*1.32=0.95W第一步计算电容损耗是为了使用其中的t c 值,电容的容量一般通用范围选2~3μ/W ，固定电压为1μ/W2.输入交流整流桥的计算(假设V TO =0.7V,R d =70m Ω)在同一个时间内有两个二极管同时导通，半个周期内两个二极管连续导通I d,rms =c line in t F I **3min ,=m3*50*37.0=1.04AP diodes =2*(V TO *2min ,in I +R d *I d,rms 2)=2*(0.7*27.0+70m*1.042)=640mW 一个周期内桥堆损耗为:P BR=2*P diodes =2*640m=1.28W桥堆功耗超过1.5W 时，我个人认为应加散热器（特别是电源的使用环境温度较高时）变压器和初级开关MOS ：反激式开关电源有两种模式CCM 和DCM ，各有优缺点。
开关电源环路补偿设计
开关电源环路补偿设计开关电源环路补偿设计在开关电源设计中，环路补偿是至关重要的一步。
环路补偿的正确设计可以提高电源的稳定性和效率，从而提供更为可靠的电源输出。
本文将针对开关电源的环路补偿设计，从三个方面进行阐述。
一、开关电源环路补偿的基本原理开关电源的环路补偿，是指将部分输出信号回馈到反馈端口，通过正反馈作用来改善系统的动态性能。
补偿的目的，是使电源输出稳定，对负载的响应性更好。
为了实现这一目的，设计师需要对开关电源的基本原理有深入的理解。
在开关电源中，电容、电感和频率之间的相互影响是至关重要的。
通过合理的组合设计，可以提高电源的效率，降低功耗。
二、开关电源环路补偿的设计方法开关电源的环路补偿设计方法，需要综合考虑多个参数，如响应时间、阻尼稳定性、相位裕度等。
其中，响应时间涉及到电路响应时间、电源传输函数以及负载条件，需要根据具体情况予以调整。
阻尼稳定性关系到系统的稳态稳定性，需要根据不同负载条件下的阻尼因素予以设计。
相位裕度涉及到极点间距，可以通过更改反馈回路的增益稳定性来达到较好的效果。
三、开关电源环路补偿的优化在实际电路中，由于电容、电感和负载等多种因素的影响，开关电源环路补偿存在一定的误差。
优化环路补偿，可以通过在电路中加入滤波电容、降低负载电感等措施，提高电源输出的稳定性。
此外，在滤波器的选型方面，选择与系统肖特基二极管参数相匹配的器件，可以较为有效地降低噪声和振荡。
总之，开关电源环路补偿对整个系统的性能至关重要。
一个合理的补偿设计将使电源输出变得更加稳定、高效，具有更好的响应性。
因此，在开发开关电源的过程中，我们应该时刻保持对环路补偿原理的理解，并综合考虑各种参数和因素，以达到最优的设计效果。
开关电源控制环路设计
开关电源控制环路设计前馈环节通常由开关电源的输出电压或电流采样电路、误差放大器、比较器和PWM控制器等组成。
开关电源的输出电压或电流通过采样电路进行实时的电压或电流测量，并将测量值与设定值进行比较。
误差放大器将比较器输出的误差信号放大，并输出给PWM控制器。
PWM控制器根据误差信号调整开关管的导通和关断时间，从而控制开关电源输出电压或电流的稳定性。
反馈环节通常由输出电压或电流反馈回路组成。
反馈回路通过将开关电源输出电压或电流与参考电压或电流进行比较，得到误差信号，并将其输入到前馈环节的比较器中。
反馈环节的作用是通过不断地调整开关电源的工作状态，使输出电压或电流尽量接近设定值，并抵消部分外部环境的影响，以保持开关电源稳定工作。
在开关电源控制环路设计中，需要考虑诸多因素。
首先是前馈环节的设计。
前馈环节应具有高增益和低失真的特性，能够准确地将输出电压或电流的变化转换为误差信号，并将其输出给PWM控制器。
其次是PWM控制器的设计。
PWM控制器应能够按照误差信号的大小和方向，精确地调整开关管的导通和关断时间，并保持开关电源输出电压或电流的稳定性。
最后是反馈环节的设计。
反馈环节应能够准确地测量开关电源的输出电压或电流，并将其输入到前馈环节的比较器中。
同时，反馈环节还需考虑去除噪声和抑制振荡等问题，以保证闭环控制系统的稳定性和可靠性。
开关电源控制环路设计的关键是要平衡稳定性和动态响应速度。
稳定性是指开关电源在加载变化或输入电压波动等情况下，输出电压或电流能够尽快地恢复到设定值并保持稳定；而动态响应速度则是指开关电源对设定值的变化能够迅速地响应。
在设计中，需要根据具体的应用需求和制约条件，选择合适的控制算法、滤波器和补偿网络等，以使开关电源控制环路设计达到较好的稳定性和动态响应速度。
总之，开关电源控制环路设计是一个复杂而关键的任务。
它需要综合考虑前馈环节、反馈环节以及稳定性和动态响应速度等因素，以实现开关电源的稳定性和输出精度要求。
反激式开关电源的环路分析与设计
反激式开关电源的环路分析与设计环路设计直接影响到电源的性能[1]，本文以最常用的反激电源为例，分析了环路稳定的条件以及环路设计的方法，并通过实验验证了该方法的可行性。
1 反激电源环路与常见环节的分析反激式电源的系统模型如图1 所示[2]。
其中KPWM 和KLC 为功率部分放大倍数，KLC 表示次级等效电感与滤波电容构成的滤波器的放大倍数，Kfb 是反馈分压部分的放大倍数，Vref 是参考电压，Kea 是误差放大器的放大倍数，Kmod 是调制器的放大倍数。
可以得到开环传递函数为：反馈系统稳定一般要求其开环传递函数的幅相频特性曲线小于等于-10 dB 的幅值裕度和45°~60°的相位裕度。
在低频段有较高的增益以保证输出电压的精度，在中频段有较高的频率范围以加快系统的响应速度，在高频段有较快的衰减速度，以抑制高频纹波[3]。
在反激电源中，当一个电源基本参数确定时，KPWM、KLC、Kfb、Vref、Kmod 也相应确定，系统的开环传函只能通过误差放大器Kea 来调节。
调节误差放大器Kea 实际就是调节系统零极点的个数及其分布位置，以满足系统需要的相位裕度和幅值裕度。
在实际设计时，先画出除了误差放大器之外部分的伯德图，根据需要确定合适的补偿器类型，计算补偿器参数，并进行实际电路调试，以确定最优的补偿参数。
本文以一款多路输出电源为例，分析了电源功率部分和环路的设计过程。
参考文献[1] PRESSMAN A.Switching and linear power supply，power converter design[M].Switchtronix Press，Waban，Mass，1997.[2] BASSO C.Switch mode power supplies：SPICE simulations and practical designs[M].McGraw- Hill，2008.[3] BASSO C.Transient response counts when choosing phase margin[J]. Power Electronics and Technology，2008(11)：18-21.[4] KOLLMAN R，BETTEN J.Closing the loop with a popular shunt regulator[J].Power Electronics。
开关电源反馈环路设计
开关电源反馈环路设计开关电源是一种将输入直流电压转换为所需输出电压的电源装置。
为了实现稳定可靠的输出电压，开关电源需要建立反馈环路进行控制。
开关电源的反馈环路主要包括内部反馈环路和外部反馈环路。
内部反馈环路是指内部电路中的反馈控制电路，用于控制开关管的导通与截止，以维持输出电压的稳定。
外部反馈环路是指从输出端以回路的形式连接到内部反馈电路，通过比较输出电压与参考电压的差异，产生一个控制信号，用于调整开关电源的开关时间和频率，从而调整输出电压。
设计开关电源的反馈环路时，需要考虑以下几个方面：1.选择合适的参考电压源：参考电压源是反馈环路的重要组成部分，它提供一个稳定的参考电压，用作与输出电压进行比较的基准。
一般可选择使用稳压二极管、参考电压芯片或者精密电位器来作为参考电压源。
2.设计错误放大器：错误放大器是反馈环路中的核心部分，它承担着将输出电压与参考电压进行比较的作用，并产生一个误差信号。
常见的错误放大器有比较器、运算放大器等。
在设计选择错误放大器时，需要考虑它的稳定性、带宽、输入阻抗等因素。
3.设计补偿网络：由于开关电源在转换过程中存在一定的延迟、输出的电压下降等因素，所以需要通过补偿网络来减小这些不稳定因素对输出电压的影响。
常见的补偿网络包括零点补偿网络和极点补偿网络。
零点补偿网络主要通过增加相位较大的零点，来提高系统稳定性；极点补偿网络主要通过增加相位较小的极点，来提高系统的相位裕度。
4.设计输出滤波器：开关电源的输出电压通常包含一定的纹波，需要通过输出滤波器来降低纹波，使输出电压更加稳定。
输出滤波器一般由电感、电容和电阻组成，通过调整它们的数值和组合方式，可以实现对纹波的去除或衰减。
在进行开关电源反馈环路的设计时，还需要进行一系列的仿真和实验，包括频率响应的模拟分析、稳态和动态的性能测试等，以确保设计的反馈环路能够实现对输出电压的稳定控制。
总之，开关电源的反馈环路设计是一项复杂的任务，需要综合考虑电源的性能要求、稳定性要求和实际应用需求等因素，通过选择适当的参考电压源、设计错误放大器、补偿网络和输出滤波器等，来实现对输出电压的稳定控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ro
+ ss
LCo1 n2 D'2
)
right 系统右半平面零点: On-B 负载电容ESR 零点:
wrz
=
n2Ro (1− D)2 Lm D
wz
=
1 Ro1C
On-Bright confidential
11
右半平面零点(RHZ)的直观理ao解 RHZ在boost, buck-boost, flyback(占空比由输入输出电压和匝比决 np 定)CCM中都存在,而DCM中没有RHZ。 Te 负载突然增加→输出电压下降→EA+PWM 反应→占空比增大(Wrong to Way)→反激时间减小→输出电流减小(通过输出diode)→输出电压下降更多 l (临时)。此即典型RHZ响应特性。 On-Bright Confidentia 在DCM中，占空比增大导致输出电流增大，故不存在此RHZ
fiden 控制模式 n ¾ 电压模式 o ¾ 电流模式
ht C 开关电源系统可分为两大块 -Brig ¾ 负反馈回路(feedback loop) On ¾ 保护功能(OVP, OCP, OTP ……)
On-Bright confidenቤተ መጻሕፍቲ ባይዱial
4
开(OV关no-Bl电traigg源het MC系oon统dfeid基PeWn本tiaMl组tSo成yTsetn部epma分)o
On-Bright confidential
24
环路的补偿考虑
出况一环环通裕者位统对跨也些路路常量高增有(这接可高需补补(频益1G8样，以频要偿偿的带0ai-等n或适极补的网。宽9O0效m者当点偿目络内=na9为r-输引或以的放只0gB°环irn出入者获是在有ig)相路，到一零得：E一h位带A因t地些点足在个C裕宽(为e。零。够带极or量内环rn在点的宽点o)只rf路i环或相内(，da一有m存e路者位等pn个或一在l的极裕效itf导者个i很iae其点量为rl致一极多,t他以(单oP9个点例零h地抵极0Ta°极)如极es方消点.en相点.T点m，环系.pL移和，a4a根路统r3go，一1i据带.低)n个的)实宽从环频零和输际外而路的极增入情的系单或点益输
9
1. 2.
3. 4. 5.
是对微对得建对方扰方到立P一程(程等Ppooe个组组效wwrte开uO作作的errbSn关r状线 小at-atSB周i态形信goretni期g空化号a中)，gh内间(模电ltei作nC平型感即小eoa平均，对rn信i均z化电方faidt(容程i号osetna等组n)t模et器作iasp件小l型atco的信e建Ta时号even域扰立rap微g动ai流n分og)方程，程也组就
fiden VL = VI D −VO (1− D) = (VI +VO )D −VO Con vˆL = (VI +VO )dˆ − vˆO (1− D) ≅ (VI +VO )dˆ right iˆL = vˆL / sL On-B IO = IL (1− D)
iˆO = iˆL (1− D) − I Ldˆ
电流电斜电考流环流率流虑模，模补环式从式偿小斜工而P能信OWn率作改够号M-B的善消模系补riP系除型g统Wh偿M统此当t系的震CD后统o瞬荡>的n5的态0f电i%d响P压时e应no环，twia路存el 内在tro嵌SSTue入tba-nh一gparea个mo传o局ni部c函震的荡电
On-Bright confidential
On-Bright confidential
22
负反馈环路稳定性
环幅单相增路频位位益增-增裕裕相益益量量O频[带((nGPl曲o-h宽aoBai线pnrs(iefgg，mramehaiq波natrugrTCeg特inn(ions)c图))ynTf@(id>s>)T-e4包1=5n2°含0dtdiBa了Bl)系to统Te稳n定pa性o信息]
On-Bright confidential
12
PWM Stage 的小信号建模ao 写出时域方程
enp d(t) = Vc (t)
for
T Vpk
0 ≤ Vc (t ) ≤ Vpk
to 微扰和线性化
l ⎧
entia ⎪⎪⎪⎨vdc((tt))==DVc++d)v)(ct
(t )
)
fid ⎪
On-Bright confidential
5
确画确根¾¾¾¾ 定出定据ECPPWoAo环环环实w开mM(eep路路路际rreSrS关nOot基的的应tsaraagngate本信带用ime电o-nBp组号宽，lrnifi源egi成流,设tewrh)o模程设计环trkC块图计和o路，,补调n确偿整f分i辨d定网外e认析n环络围环t路参i和a路l的数t。设o小T信e计n号p流传ao输程函数
On-Bright confidential
16
考存存存关虑在在在，一一一很斜G个个个难(s)率=与电右补vOv负容半偿FB(补ΛΛs(ns)载E平，)-SB≈偿等R面设r(引i2g效零计n后起Vho电点时nt+R的C的Vo阻，应Vg零go)有该该RPn点sen关零使fsoeid(w的点环1e+n滤与路eRotr1C波输带iasS)1l极入宽(1+tt−o1aC点电应+nRgT20D压该RseesoL(n传、远1m−pD负离Da函)2o载这) (、个C电零C感点M量，)有以
On-Bright confidential
20
dˆOof电f n-B压∫rig模dhˆ itˆL式(Cs)o的nfiiˆdO信e= iˆnL号(t1i−aD流l )t−o程ILTdeˆ 图niˆO p= VsaLI odˆ − ILdˆ
On-Bright confidential
21
Vi
电流模式的信号流程图ao 1/sL
On-Bright confidential
6
EPP考¾¾WoA虑wCDMe(CC斜r例MMSS率t开如tssaammg补gOTaaeell关传lLl偿nss传4ii-函gg后3B电nn函1ara的)illg及mm源P(hoo可其oddtwee环Cll参补eor考偿s路nta[f网ig1d的e]络e)传n的小t函i传a信l函to号Te传npa函o
On-Bright confidential
25
补把补到偿控偿18网制所0环度络带需以路产宽元前O生拉器的使n一低件-其B补个，少r增igs在，偿h=益0功但t(降C方D率闭C到o)部环n法极0f分带di点dB(或宽e1n加小)t:i有，a单l其暂to他态极T补响en点偿应p的慢a补o部偿分相位达
nfid Full Bridge, Push-Pull o ¾ 整流型： 全桥型整流
ht C 全波型整流 On-Brig 同步整流(SR)
On-Bright confidential
3
开关电源简介 npao 调制方式 Te ¾ PWM (pulse width modulation) l to ¾ PFM (pulse frequency modulation) tia ¾ 其它衍生调制方式
On-Bright confidential
7
OFnly-Bbriagchkt C系on统fid控ent制ial流to 程Ten图pao
On-Bright confidential
8
OnT-BLrig4h3t1C及onf其ide等nti效al t模o T型enpao
On-Bright confidential
On-Bright confidential
23
零1234....极左右左右负系在系所位点半半半半反统f统有增l平平平平馈的y稳负益对b面面面面系环a定载带c环极极零零统路k性和宽O系路点点点点D补n产所为C统-::：:固偿B生有1稳中/r有必i影电6g，-定h增不增增1须响压18为t/性益稳益益0使。输1C度了0衰定增增系o入f的相减sn减，大大统的(f移小开影id，导，，满情，右关e响引致引引足形n半频起系起起系稳t。及i平a率-统9-统定l909面)环t0震度0的性o度度零路荡相剩条T相相点e移下件n带移移影p的，响a宽零而o，选极且可点要择取将考单标对虑准
减小其影响
On-Bright confidential
17
考 零时输虑点有入频不斜电率稳压率越越O定低补低n倾-→，B向偿r低右ig！压后h半t输平C的入面oPnfoidwenetri满点不aSl载低 稳ttoa条于定gT件轻倾een传下载向p的状！a函o右态(半→C平满C面载M零有)
On-Bright confidential
∫ Tenp iˆL(s) Rs
iˆO = iˆL (1 − D) − I Ldˆ
iˆO
=
iˆL (1−
D) − iˆL
sL × I L
(VI + VO )
tial to dˆoff n -1
dˆ
FB
Gpwm
On-Bright Confide Vo Don→Doff
Variable Gain, is a function of FB and slope compensation
On-Bright confidential
10
Flyback PWM SCtoangfied小ent信ial号to 模Ten型pa(oCCM) Power Stage传函:
Λ
v(s)
Λ
d (s)
≈
Vg nD'2
(1 +
Ro1Cs)(1
−
n2
sLm D Ro (1 − D)2
1
+