开关电源闭环系统
带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析
带光耦双闭环反激式开关电源小信号模型分析双闭环反激式开关电源是一种常用的电源拓扑结构，它通过光耦将反馈信号隔离开来，提高了系统的稳定性和可靠性。
下面将对带光耦的双闭环反激式开关电源进行小信号模型分析。
首先，我们需要了解双闭环反激式开关电源的基本原理。
该电源由两个闭环组成，分别是输入参考闭环和输出参考闭环。
在输入参考闭环中，输出电压通过反馈电路与输入电压进行比较，然后根据比较结果控制开关管的开关时间，从而实现对输出电压的调节。
在输出参考闭环中，输出电压与参考电压进行比较，再根据比较结果反馈到输入参考闭环中，形成一个闭环控制系统。
小信号模型分析是一种通过线性化的方式对非线性系统进行分析的方法。
对于双闭环反激式开关电源，我们可以将其分解为输入参考闭环和输出参考闭环的小信号模型，然后再将两个模型串接起来进行分析。
首先，我们来分析输入参考闭环的小信号模型。
假设输入电压为Vin，输出电压为Vout，开关管的导通时间为DT。
根据开关电源的原理，我们可以将其简化为一个比例放大器和一个开关模型的级联。
在比例放大器中，我们可以将输出电压表示为输入电压的放大倍数乘以一个增益，即Vout = A*Vin。
在开关模型中，我们可以将其表示为一个斜率为-1/DT，幅值为Vin/DT的脉冲信号。
将两个模型串接起来，可以得到输入参考闭环的小信号模型。
接下来，我们来分析输出参考闭环的小信号模型。
假设输入电压为Vref，输出电压为Vout，比例放大器的增益为KA，另外还有一个积分控制器。
在输出参考闭环中，我们可以将输出电压表示为输入参考电压的放大倍数乘以一个增益，再加上积分器的输出电压，即Vout = KA*Vref +1/s*Vi。
其中，Vi为积分器的输入电压。
将输出参考闭环的小信号模型与输入参考闭环的小信号模型进行串接，可以得到整个双闭环反激式开关电源的小信号模型。
对于该小信号模型，我们可以进行频域分析和时域分析。
在频域分析中，可以通过计算幅频特性和相频特性来评估系统的稳定性和频率响应。
开关电源闭环反馈响应及测试
开关电源闭环反馈响应及测试开关电源依靠反馈控制环路来保证在不同的负载情况下得到所需的电压和电流。
反馈控制环路的设计影响到许多因素，包括电压调整、稳定性和瞬态响应。
当某个反馈控制环路在某个频率的环路增益为单位增益或更高且总的相位延迟等于360 时，反馈控制环路将会产生振荡。
稳定性通常用下面两个参数来衡量：相位裕量:当环路增益为单位增益时实际相位延迟与360 间的差值，以度为单位表示。
增益裕量:当总相位延迟为360 时，增益低于单位增益的量，以分贝为单位表示。
对多数闭环反馈控制系统，当环路增益大于0dB时，相位裕量都大于45 （小于315 ）。
当环路相位延迟达到360 时，增益裕量为-20dB或更低。
如果这些条件得到满足，控制环将具有接近最优的响应；它将是无条件稳定的，即不会阻尼过小也不会阻尼过大。
通过测量在远远超出控制环通常操作带宽的情况下控制环的频率响应，可以保证能够反映出所有可能的情况。
一个单输出开关电源的控制环增益和相位响应曲线。
测量是利用一个GP102增益相位分析仪（一种独立的用来评价控制环增益和相位裕量的仪器）进行的，然后输入到电子表软件中。
在这一例子中，从0dB增益交点到360 测量得到的相位裕量为82 （360 到278 ）。
从0dB增益交点到相位达到360 的增益裕量为-35dB。
把这些增益和相位裕量值与-20dB增益裕量和60 相位裕量的目标值相比较，可以肯定被测试电源的瞬态响应和调节是过阻尼的，也是不可接受的。
0dB交点对应的频率为160Hz，这导致控制环的响应太慢。
理想情况下，在1或2KHz处保持正的环增益是比较合适的，考虑到非常保守的增益和相位裕量，不必接近不稳定区即可改善控制环的动态特性。
当然需要对误差放大器补偿器件进行一些小的改动。
进行修改后，可以对控制环重新进行测试以保证其无条件稳定性。
通常可利用频率响应分析仪（FRA）或增益-相位分析仪进行这种测量。
这些仪器采用了离散傅里叶变换（DFT）技术，因为被测信号经常很小且被掩盖在噪声和电源开关台阶所产生的失真中。
开关电源工作原理超详细解析
开关电源工作原理超详细解析开关电源（Switching Power Supply）是一种先将输入交流电转换为直流电，再通过变换器和开关元件进行调制和控制，最终输出所需电压和电流的电源装置。
它可以高效地进行能量转换，减少功耗，适用于各种电子设备。
下面将详细解析开关电源的工作原理。
1.开关电源的基本组成开关电源由输入滤波器、整流器、脉宽调制器、变压器、输出滤波器和反馈电路组成。
-输入滤波器：用于滤除输入电源中的干扰信号，并平滑输送到整流器。
-整流器：将交流电转换为直流电，常用的整流方式有全波整流和半波整流。
-脉宽调制器：根据反馈信号调整开关管的导通时间，控制开关元件的开关频率和占空比。
-变压器：将输入电压转换为所需的输出电压，并通过与脉宽调制器协调工作来控制输出电压的稳定性。
-输出滤波器：用于平滑输出电压，减少纹波幅度，并滤波输出电流。
-反馈电路：通过采样输出电压并与目标电压进行比较，产生反馈信号控制脉宽调制器的输出。
2.工作原理-输入滤波：交流电经过输入滤波器后，去除干扰信号，并保持电压稳定。
输入滤波器通常由电容和电感组成，它们通过电压和电流的交替变化，将输入电源趋于稳定。
-变压：通过变压器将输入电压进行转换，以获得需要的输出电压。
变压器一般由磁性材料、绕线、磁心等组成，通过众多的绕线匝数比实现输入电压于输出电压的变化。
-输出滤波：经过变压器的输出信号包含较多的纹波幅度，通过输出滤波器将纹波幅度减小到可以忽略不计的程度。
输出滤波器通常包括电感和电容，通过滤除高频杂波和平滑输出电流。
3.脉宽调制脉宽调制器是开关电源中至关重要的一个部件，负责控制开关元件（如晶体管或MOSFET）的开关频率和占空比，以调节输出电压的稳定性。
- 控制开关频率：脉宽调制器根据输出电压的需求，采用不同的控制方式，例如固定频率PWM（Pulse-Width Modulation）、可变频率PWM和电流模式控制。
通过调整开关频率，可以实现对输出电压的精确控制。
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
工程师都知道，开关电源中离不开环路设计。
环路影响到开关电源的诸多性能指标，譬如输出纹波，动态特性，稳定性，保护特性等。
这篇文章将从下面四个方面讲一讲开关电源中的比较常见的双重环路及其应用：
1.单电压环与单电流环
2.电压环和电流环的双环竞争
3.电压外环电流内环
4.两种双环控制在车载电源产品中的应用
一、单电压环与单电流环
闭环就是通过对被控制变量进行负反馈与设定值进行比较，得到他们之间的偏差，然后通过控制偏差，来实现被控变量稳定在设定值附近。
生活中最常见的一个负反馈闭环就是骑自行车，如果我们想走一条直线，而实际往左偏了，就会将车把手往右调整，如果往右偏了，就往左调整。
最后肯定稳定在这条想走的路线的附近。
如果自行车整个过程一直都是向左偏离一个角度，这个就是静差，也叫稳态误差。
如果自行车稳定在设定路线的左右偏差一点，这个就是误差摆幅，有些场景下也叫纹波峰峰值。
车辆一直行使在设定路线附近，而且偏差小，遇到紧急避让的情况下（动态扰动）也绝不摔倒——这就是好的环路设计。
在比较简单的开关电源中，只需要一个单闭环就可以实现产品的恒压或者恒流输出。
对于恒压源，只需要控制输出电压稳定，对于恒流源只需要控制输出电流稳定。
这里通过最常见的buck电路的单电压闭环和单电流闭环来来分析一下。
以最常见的PI控制作为补偿控制环节。
1）其电压单环的控制闭环框图如下：其中Kadc为采样及反馈环节，Plant。
开关电源环路设计与计算
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
开关电源原理
一、开关电源的概念
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。
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半桥型开关电源原理图
三、开关电源的常用电路类型
6、全桥电路 全桥电路是大功率电源常用的电路，有四个开关管组成两个桥臂。两 个桥臂分别导通激励高频功率变压器，进行能量变换，但是存在开关管 “直通”的危险。 全桥电路原理图如下图所示。由四个功率开关器件V1~V4组成，变压器 T连接在四桥臂中间，相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替 导通或截止，使变压器T的次级有功率输出。当功率开关器件V1、V4导通 时，另一对V2、V3则截止，这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在 功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5~V8箝位于输入电压 Uin。
％，工作频率是振荡频率的一半，所使用的控制芯片一般是UC3844和
在变压器中加去磁绕组，在关断时将付边的能量反射到交流输入上。
正激式开关电源的核心部分是正激式直流——直流变换器，基本电路
做得更高一点。虽然功率变压器不像反激式电路要开气隙，但是一般要
一种应用于双路输出开关电源的闭环反馈电路的制作方法 -回复
一种应用于双路输出开关电源的闭环反馈电路的制作方法-回复亲爱的读者，欢迎阅读本篇文章，主题为"一种应用于双路输出开关电源的闭环反馈电路的制作方法"。
我将一步一步为你解释这个过程，帮助你理解闭环反馈电路的制作和运作原理。
首先，我们需要了解闭环反馈电路的定义和原理。
闭环反馈电路是一种电路配置，其中输出信号被反馈到输入端，以修正误差并提供稳定性。
在双路输出开关电源中，这种反馈电路是至关重要的，可以确保输出电压和电流的稳定性和准确性。
接下来，我们需要准备制作闭环反馈电路所需的材料和工具。
这些包括：1. 开关电源电路板：选择适合你的需求的开关电源电路板，它将为我们提供基本的电源功能。
2. 反馈电路元件：电阻、电容、电感等元件将用于创建反馈回路。
3. 运算放大器：选择合适的运算放大器作为反馈电路的核心组件。
4. 其他电子元器件：例如稳压二极管、二极管等，以辅助实现闭环反馈电路的功能。
5. 配件和线缆：选择适合的电线、连接器和其他配件。
现在，我们可以按照以下步骤制作双路输出开关电源的闭环反馈电路：第一步：确定设计要求和参数。
在开始制作闭环反馈电路之前，我们需要确定输出电压和电流的要求，并选择合适的电源电路板。
根据这些参数，选择相应的电阻、电容和电感作为反馈电路的元件。
第二步：设计反馈电路。
根据设计要求，我们可以使用运算放大器和其他元件设计一个合适的反馈电路。
反馈电路的目标是将输出信号与参考信号进行比较，并产生相应的修正信号，以减小误差并使输出电压和电流稳定。
第三步：制作和连接电路。
根据设计好的电路图，将元件焊接在电路板上。
确保连接正确，并注意不同元件之间的相互连接。
使用电线和连接器来连接不同的部分，以确保电路的良好连接。
第四步：进行测试和调整。
在完成焊接和连接工作之后，我们需要测试电路的性能。
连接所需的电源和负载，观察输出电压和电流是否稳定在设计要求范围内。
如果发现误差或不稳定性，可以通过调整反馈电路中的元件值或其他参数来进行修正。
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。
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反馈回路稳定性分析方法
时域分析： 1. 跳载（阶跃，load switching），瞬时加减载观察暂态响应 2. 注入方波，注入方波信号观察输出波形试误（trial-and-error） 频域分析：
1. 仿真（Spice），以计算机模拟出波特图观察增益相位余量
2. 频响分析（FRA）,是以扫频信号方式真实量测环路中的增益相
100Hz
1kHz
8kHz 10kHz
100kHz
PSM2200/1700波德图
OUTPUT=Set 1.5V (Vpk, No Loaded), the inject signal is 57.4mV (after injection transformer)
Phase Margin 72.25
益Hale Waihona Puke 线保持所希望的斜率。3. 如果因为在补偿网路加了零点而造成低频增益过低而无法得到好的直流调整
率， 则在低频处加入一对零点与极点，以增强增益。
闭环评量的范例
闭环评量的测试条件
开关电源的稳定性会受到输入电源，输出负载，和温度的影响。所
以在评估时要针对各种组合条件进行测试, 然后以波特图进行分析:
的相位裕量<40°，系统在跳载测试时会产生过激或振铃甚至震荡。相位裕量
45°为最低的余量要求。50 ° ~80 °是既可以获得好的响应也只会有很小的
过激。相位裕量>80°时系统上升时间长，动态性能差。 如果在转折频点Fc之后，虽然增益不为零但相位裕量不足，在稳定负载时不 会发现问题，但是在大的跳载时会发现严重的震荡或是阻尼不足。 让系统稳定的捷径是把环路增益降低。但是这样会导致很糟糕的动态响应。
相位裕量在转折频点Fc和频点以下的频段都应保持大于45°。
大的带宽代表更快的瞬态响应，大的相位余度代表瞬变过程的过冲更小。
仿真SPICE与实际ACTUAL
稳定度仿真是透过计算预测增益裕量和相位裕量，在 实际对一个UPS的局部开关电源，输出DC40V的电池充电回 路，做仿真与实测比较后，结果如下： 仿真：相位裕量度65° 增益裕量-15dB 实际：相位裕量度88° 增益裕量-33dB
源最低电压 满载 常温 高温 低温 1 10 19 半载 2 11 20 空载 满载 3 12 21 4 13 22 源正常电压 半载 5 14 23 空载 6 15 24 源最高电压 满载 半载 空载 7 16 25 8 17 26 9 18 27
注：表格内1、2、是指相对编号的波特图
量测增益裕量和相位裕量
微小并的注入讯号分离出来进行分析。
藉由显示增益和相位，波德图（bode plot graph）或是各频点的增益和相 位列表。PSM2200/1700 直接提供工程师开关电源闭回路增益裕量度和相 位裕量度数据与图表。 工程师在修改过补偿电路之后再执行扫频观察修改 的效果。
组建量测系统
接线设置
多组输出的量测
PSM2200/1700波德图
OUTPUT=Set 300mV (Vpk, No Loaded), the inject signal is 11.9mV (after injection transformer)
Phase Margin 65.13
Phase 0
Gain 0dB
Gain Margin -30dB 489Hz
落实电源稳定性分析
研发，设计，和品保工程师必须测定闭回路增益裕量度和相
位裕量度，以掌握开关电源(SMPS)、不间断电源（UPS）等
产品其的控制回路的稳定度。 反馈系统的设计影响到很多参数，如调整率，稳定度，及瞬 态响应等。开关电源稳定性验证,必须包含输出电压电流在不 同的负载件下仍能符合两项原则的要求。
Phase 0
Gain 0dB Gain Margin -30dB
100Hz
318Hz
1kHz
8kHz 10kHz
100kHz
预计与实测波德图比较
CAP SPEC ESR <7.5
CAP REAL ESR 0.3
CAP SPEC ESR <7.5
CAP REAL ESR 0.3
补偿网路的设计
1. 针对控制到输出增益发生极点的频率附近，在补偿网路内加入零点，以使相 位裕量达到>45°。 2. 针对控制到输出增益发生零点的频率附近，在补偿网路内加入极点，以使增
载调整率和线调整率。 大多数情况下工程师以检查反馈系统在闭回路增益为0dB（无增益）的情 况下相位裕量(Phase Margin)是否大于45度。另外在相位接近于零度时闭 回路增益裕量(Gain Margin)是否大于-20dB。如果核实符合此二条件，则 此反馈回路会得到稳定的响应。
闭环路频响分析法
两组电源输出时，整个电源回路增益特性= GAIN1 + GAIN2 - 2*GAIN2 1 GAIN1*GAIN2。因需要具备同时量测四个通道得功能，并没有人采用此技 术。
测试多组输出（多组控制回路）电源的做法通常是针对各个独立的回路个别
测试， 确认每个独立的各组回路的稳定性。 以一个双输出（+ 5V及+12V）电源为例，在量测个别的回路时要将另一组 回路中断。如要测试+ 5V 回路，则将+12V 输出的反馈检出点断开，以另外 一个+12V 电源代替。这样，+12V回路就不能构成。 以同样的方式与步骤走去测试+12V回路。若+ 5V及+12V两回路都做过稳定 度的个别检验而且都是稳定的。那么，此电源的整体控制回路的稳定度是符 合要求的。
开关电源闭环系统
开关电源总是用闭环负反馈来改善开环系统之响应，达到所期望的电源调整 率，负载调整率，动态响应要求。系统基本上由误差放大，PWM和电源开关回 路，输出滤波器三个主要部分所构成。
开关电源的潜在风险
开关电源的稳定性会受到输入电源，输出负载，和温度的影响。其他会影响
系统稳定性的各种因素如：元件在长期工作后公差变大，不当的输入滤波器，
位余量及波特图分析
波特图
开关电源闭环系统因为它的增益频响曲线只发生一个转折点，分析上比较 不是那么困难，以波德图方法是对环路增益和相位余裕计算和显示的既简 单又有效的分析方法。 总的来说，增益响应曲线在穿过0dB时应以20dB/Decade的斜率下降。在
低频段由高增益或是藉由曲线斜率>20dB/Decade会让系统有比较好的负
输出负载电容，开关的杂讯也会影响系统稳定性。
对于开关电源设计工程师来说，最尴尬的莫过于在线路设计完成，投入生产 并把货交到客户手上之后，发现他设计的开关电源，是不稳定的。造成必须 回收大量已经商品化的产品（例如复印机）。 如果用几小时去做反馈回路波德图分析。提早作分析可以避免潜在的将产品 从市场上回收和设计变更的危险。
实际量测以注入一干扰信号(error signal)到反馈回路的输入，再以两个量测
通道作频响分析 (Frequency Response Analyzer) 增益裕量和相位裕量。
PSM2200/1700 采用 DFT (Discrete Fourier Transform) 技术将杂讯所遮盖