OB教程_反激环路设计
反激电源的控制环路设计
反激电源的控制环路设计反激电源（Flyback Power Supply）是一种常见的开关电源拓扑结构，具有简单、高效、成本低等特点。
为了实现对反激电源的控制，需要设计一个有效的控制环路。
本文将从反激电源基本原理出发，详细介绍反激电源控制环路的设计过程。
首先，我们需要了解反激电源的基本原理。
反激电源由输入电压Vin、开关管、变压器、输出电容和负载组成。
工作原理是：当开关管导通时，电流从输入电压Vin经过变压器的一侧流入负载和输出电容，此时储能；当开关管关断时，储存的能量通过变压器的另一侧传导到输出端，输出电压为Vo，这样实现了电能的转换。
在这个过程中，控制开关管的导通和关断时间，就可以实现对输出电压的调节。
为了实现对反激电源的控制，我们首先需要设计一个反馈回路。
反馈回路的功能是测量输出电压，产生一个误差信号，根据误差信号调整开关管的导通时间，使输出电压稳定在设定值。
一般使用光耦隔离器将输出电压转换为电流信号，然后经过一个反相器产生一个与设定值相反的误差信号。
误差信号经过一个比例放大器进行放大，控制开关管的导通时间。
反馈回路的另一个重要组成部分是输出电流保护。
输出电流保护的作用是在负载过大时，自动调整开关管的导通时间，保护开关管和变压器不受损坏。
输出电流保护通常是通过测量输出电流并与设定值进行比较来实现的。
当输出电流超过设定值时，反馈回路会产生一个错误信号，通过控制开关管的导通时间来限制输出电流。
另外一个关键的设计是切换频率控制。
切换频率是指开关管导通和关断的频率。
切换频率的选择要根据应用的需求和设计的约束来确定。
通常有两种选择：固定频率和变频。
固定频率可以简化控制电路的设计，但固定频率可能会导致开关管和变压器在工作时产生噪声。
变频可以减小噪声，但会增加电路的复杂性。
最后，还需要考虑反激电源的保护机制。
保护机制的设计目的是保护电源和负载不受损害。
常见的保护机制包括过压保护、过流保护、过温保护等。
这些保护机制可以通过传感器测量电压、电流和温度，并与设定值进行比较来实现。
反激开关电源环路设计实例
反激开关电源环路设计实例
反激开关电源环路设计实例指的是在实际的电路设计过程中，使用反激开关电源技术的具体设计和实现过程。
具体来说，反激开关电源环路设计实例包括以下几个方面：
1.反激变压器设计：例如，需要考虑输入输出电压、功率容量、磁芯材料和
尺寸等因素，以及变压器的匝数比、绕组结构、漏感和分布电容等参数。
2.开关管和整流管的选择：需要根据电路的功率容量和电压等级，选择合适
的开关管和整流管，考虑其耐压、电流容量、开关速度等参数。
3.控制环路设计：例如，可以选择合适的控制芯片和控制算法，同时考虑控
制环路的稳定性、抗干扰能力和动态响应速度等。
4.滤波电路设计：根据实际情况选择合适的滤波元件和滤波电路结构，以满
足电源性能要求。
5.保护电路设计：例如，可以选择合适的保护元件和保护电路结构，以实现
过流、过压、欠压等保护功能。
在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的电路结构和参数，以满足电源的性能和可靠性要求。
总结：反激开关电源环路设计实例指的是在实际的电路设计过程中，使用反激开关电源技术的具体设计和实现过程。
这包括反激变压器设计、开关管和整流管的选择、控制环路设计、滤波电路设计和保护电路设计等方面。
这些实例可以帮助工程师更好地理解和应用反激开关电源技术，提高电源的性能和可靠性。
反激式开关电源(flyback)环路设计基础
反激式开关电源(flyback)是一种常见的电源结构，广泛应用于电子设备中。
它具有结构简单、成本低廉、效率高等优点，在消费电子、工业控制和通信设备等领域被广泛应用。
本文旨在介绍反激式开关电源环路设计的基础知识，包括工作原理、设计步骤和注意事项。
一、反激式开关电源的工作原理1.1 反激式开关电源的基本结构反激式开关电源由输入滤波器、整流桥、高频变压器、功率开关器件、输出整流滤波器、控制电路等组成。
其中，高频变压器是反激式开关电源的关键部件，通过变压器实现输入电压的隔离和变换，功率开关器件则控制变压器的工作状态，实现电源的调节和稳定输出。
1.2 反激式开关电源的工作原理反激式开关电源通过功率开关器件周期性地将输入电压斩波，将输入电能存储在变压器的磁场中，然后再将其转换为输出电压。
在工作周期的后半段，存储的能量释放到输出负载上，从而实现对输出电压的调节。
通过控制功率开关器件的导通时间和断态时间，可以实现对输出电压的调节和稳定。
二、反激式开关电源环路设计的基础知识2.1 反激式开关电源的设计步骤（1）确定电源的输入输出参数：包括输入电压范围、输出电压、输出电流、负载调整范围等；（2）选择功率开关器件和高频变压器：根据电源的输入输出参数和工作频率选择合适的功率开关器件和高频变压器；（3）设计反激式开关电源的控制电路：根据所选的功率开关器件和高频变压器设计相应的控制电路，包括PWM控制电路、电源启动电路等；（4）设计输入输出滤波器和保护电路：设计输入输出滤波器，保证电源的输入输出稳定和干净，设计过压、过流、过温等保护电路，保证电源的安全稳定工作。
2.2 反激式开关电源环路设计的注意事项（1）磁性元件的设计：高频变压器和输出感应元件的设计是整个反激式开关电源设计的关键，应合理设计磁芯、线圈匝数等参数，保证磁性元件承载功率、效率和体积的平衡；（2）功率开关器件的选择和驱动：应选择合适的功率开关器件，并设计合理的驱动电路，保证功率开关器件的可靠工作和转换效率；（3）控制电路的设计：应根据功率开关器件的工作特性和工作频率设计合适的PWM控制电路和反馈控制电路，保证电源的稳定可调；（4）输入输出滤波器和保护电路的设计：应合理设计输入输出滤波器和保护电路，保证电源的输入输出稳定和安全可靠。
反激开关电源设计之环路分析
反激开关电源设计之环路分析频域分析是开关变换器的设计难点，困扰着不少电源工程师，芯朋微技术团队从工程应用、理论建模和软件仿真三方面入手，结合最新的反馈控制技术，为大家揭开反激开关电源频域分析设计的神秘面纱！1SSR与PSR架构对比SSR直接采样输出电压，无静差控制；PSR采样供电绕组，估算输出电压，有静差控制。
SSR对变压器工艺要求不高；PSR对变压器工艺要求高，通常需要R3减小漏感振荡和R2加速断开VDD回路。
SSR环路补偿器外置；PSR环路补偿器集成于芯片。
SSR环路不稳通常由环路补偿器设置不当引起；PSR环路不稳通常由采样引起。
2闭环系统稳定条件闭环系统稳定的条件是开环传递函数T cPvK不为-1，在伯德图上定义了相位裕量和增益裕量来判断稳定性。
3稳定性判断方法建模法利用状态空间平均法或电路平均法推导出系统各个环节的传递函数，用相关软件绘出开环传递函数的Bode图。
仿真法利用仿真软件的AC Sweep功能，扫描出开环传递函数的Bode图。
测量法利用频率响应分析仪在电源反馈回路注入不同频率信号调制变换器，并获取电源输出端的响应信号，从而测量出开环传递函数的Bode图。
4控制对象建模 PWM调制PWM控制：固定开关频率，调整导通占空比控制输出电压。
功率管的开通时刻由内部时钟决定，当Ip电流等于参考电流Ipref(电压环产生)时关断功率管。
利用平均法可推导出控制对象传递函数：CCM控制对象PvDCM控制对象PvPFM调制PFM控制：固定Ipref，调整开关频率控制输出电压。
利用电路平均法可推导出控制对象传递函数：DCM控制对象5环路补偿器6SSR与PSR稳定性对比SSR由于环路补偿器外置，且采样环节工作在线性区，可通过FRA法，准确得到开环传递函数Bode图；PSR由于环路控制器集成，且反馈回路工作在强非线性区(脉冲采样变压器辅助绕组，估算输出电压)，FRA法不再适用。
SSR控制对象只有90度相移(忽略高频右半平面零点)，但叠加环路补偿器的纯积分的90度相移，存在不稳定可能(-180度)，需靠合理设计零点来提升相位裕量和增益裕量；PSR环路补偿器由于没有纯积分，开环传递函数达不到180度相移，不存在环路上的不稳定情况(假定芯片内置极点合理)。
反激电路设计流程
1 目的希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不吝指教.2 设计步骤:2.1 绘线路图、PCB Layout.2.2 变压器计算.2.3 零件选用.2.4 设计验证.3 设计流程介绍(以DA-14B33为例):3.1 线路图、PCB Layout 请参考资识库中说明.3.2 变压器计算:变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验証是很重要的，以下即就DA-14B33变压器做介绍.3.2.1 决定变压器的材质及尺寸:依据变压器计算公式Gauss x NpxAeLpxIp B 100(max ) ➢ B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)➢ Lp = 一次侧电感值(uH)➢ Ip = 一次侧峰值电流(A)➢ Np = 一次侧(主线圈)圈数➢ Ae = 铁心截面积(cm 2)➢B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK FerriteCore PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3500 Gauss 之间，若所设计的power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做较大瓦数的Power 。
3.2.2 决定一次侧滤波电容:滤波电容的决定，可以决定电容器上的Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做较大瓦数的Power ，但相对价格亦较高。
3.2.3 决定变压器线径及线数:当变压器决定后，变压器的Bobbin 即可决定，依据Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm 2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。
3.2.4 决定Duty cycle (工作周期):由以下公式可决定Duty cycle ，Duty cycle 的设计一般以50%为基准，Duty cycle 若超过50%易导致振荡的发生。
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。
反激式变换器环路分析与建模
反激式变换器环路分析与建模Technical Note 安森美半导体应用系列技术笔记AN01010101 V1.00 Date: 2012/09/18类别内容关键词反激，环路建模摘要本文采用基于传递函数的经典控制理论，介绍了反激式变换器的功率级和补偿网络分别在CCM模式和DCM模式下的小信号模型，并基于NCP1200及NCP1015构建反激式变换器，在Matlab环境下验证所建数学模型的合理性。
广州周立功单片机发展有限公司修订历史目录第1章反激式变换器环路分析与建模 (1)1.1 概述 (1)1.2 基础概念 (1)1.2.1 与环路分析相关的几个概念 (1)1.2.2 性能优良的开关电源的设计目标 (3)1.3 传递函数的建立 (4)1.3.1 补偿网络传函（Hs） (4)1.3.2 功率级传函（Gs） (6)1.4 Matlab分析 (7)1.5 总结 (9)第1章反激式变换器环路分析与建模1.1 概述在反激式开关电源的设计中，对于缺乏设计经验的工程人员，闭环回路相关参数的调试将会耗去大量的时间和精力。
最让开发人员困惑的是，当自己设计的开关电源表现不佳（比如噪声过大、空载震荡、开机过冲太大等）时，不知道该调整电路中的哪些参数来得到想要的性能。
众所周知，开关电源是一个典型的闭环控制系统，而且是一个高度非线性时变系统。
一般而言，涉及到非线性的系统需要通过现代控制理论的方法去研究，不过，基于矩阵变换的现代控制理论虽然模型精确但建模极为复杂，这一点令开关电源的开发人员望而却步。
在实际工程应用中，非线性系统可以近似线性化处理（相关理论可参考胡寿松版《自动控制原理》第二章内容），从而在保证合理性的情况下，降低研究问题的难度。
因此，采用基于传递函数经典控制理论被广泛应用于实际工程分析中，当然，本文讨论的反激式变换器的建模问题，果断地采用了这种方法。
本文尝试对应用比较广泛的反激式变换器进行建模分析，包括功率级和补偿网络两部分，并在Matlab环境下编写m文件，利用Bode图分析其开环传递函数的幅频特性曲线和相频特性曲线，以及动态响应特性。
反激某电源地控制环路设计
反激某电源地控制环路设计在电源地控制环路的设计中，我们常常希望能够有效地实现对电源的反激，以便更好地保护电源以及与之相关的设备。
下面我将从整体架构、控制策略、保护机制等方面进行详细阐述。
首先，电源地控制环路设计的整体架构是关键。
我们通常采用反激式电源，其中包括输入滤波器、整流电路、能量存储元件、开关元件以及输出滤波器等主要模块。
在设计中，我们需要考虑这些模块之间的互动关系，合理地安排它们的位置和连接方式，以确保整个电源地控制环路能够正常运行并有效反激。
其次，控制策略是电源地控制环路设计中的核心部分。
我们需要选取合适的控制器，并设计恰当的控制算法，以实现对开关元件的控制，以及对输出电压和输入电流的精确调节。
常见的控制策略包括比例积分控制（PI控制）、平均电流模式控制（Average Current Mode Control）等。
我们可以根据具体需求进行选择，并结合实际情况进行调试和优化。
此外，保护机制也是电源地控制环路设计中的重要部分。
我们需要考虑电源过流、过压、过温等异常情况，并设计适当的保护电路来保护电源和相关设备的安全运行。
常见的保护机制包括过流保护、过压保护以及温度保护等。
这些保护机制通常需要在设计中考虑到，并在控制策略中实现对其的检测和触发。
在实际的电源地控制环路设计中，我们还需要考虑一些其他因素。
例如，设计人员应该充分了解相关的电源规范和标准，并确保设计符合相应的要求。
此外，选择合适的元件也是至关重要的。
例如，在开关元件的选取中，我们需要考虑其功率损耗、开关速度等因素，以及与之匹配的驱动电路的设计。
同时，合理地进行功率分配和散热设计也是需要注意的。
总结起来，反激电源地控制环路设计需要合理地设计整体架构，选取适当的控制策略，并设计相应的保护机制。
我们还需要考虑其他因素，如电源规范、元件选取、功率分配和散热设计等。
通过综合考虑这些因素，并进行详细的设计和调试，我们可以实现一个有效地反激电源地控制环路，并保护电源和相关设备的安全运行。
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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
+
s
n
2
L D '2
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
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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。
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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
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开关电源简介 enpao 用途：AC/DC， DC/DC， DC/AC (inverter) l to T 基本拓扑结构：
tia ¾ 非隔离型： Buck， Boost， Buck-Boost…… en ¾ 隔离型： Forward, Flyback, Half Bridge,
减小其影响
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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)
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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
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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
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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
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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
⎪D
+
) d
(t )
=
Vc
+
v)c
(t )
n ⎪⎩
V pk
Co 直流方程组、 交流小信号方程组
right D = Vc -B Vpk
) d
(t
)
=
v) c
(t )
V pk
On PWM Stage小信号模型
Vc + v)c (t)
D
+
) d
(t
)
On-BriH虑用e在相微(斜s电电位分) =流压补函率eO模环偿数ssTs补Tn式路，H−s-eB1控内相(偿rsi制g引当):h后，入于t 等C超引的onPfiodwenetriaSl ttoaTgeen传pa函o (CCM)
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考 FCFmmm虑Cmm12kM:o=r=模=r斜(V=nmL式gVL1m率2o+F21lOm=y补2nbn)2Ta-VLBsc偿kri的g后h斜t 率C的o补nP偿foidwenetriaSl ttoagTeen传pa函o (CCM)
∫ 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
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
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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
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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
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7
OFnly-Bbriagchkt C系on统fid控ent制ial流to 程Ten图pao
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OnT-BLrig4h3t1C及onf其ide等nti效al t模o T型enpao
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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
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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
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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]