DC-DC loop design_CN_v2

1、1降壓變換器的建模，控制及校正降壓變換器的建模，控制及校正2 2議題議題 基礎問題基礎問題 三端三端PWMPWM開關的模型開關的模型 開環(huán)傳遞函數開環(huán)傳遞函數 電壓模式控電壓模式控制制 閉環(huán)傳遞函數閉環(huán)傳遞函數 閉環(huán)增益閉環(huán)增益 補償器（校正器）設計補償器（校正器）設計 PSPICEPSPICE和和MathcadMathcad仿真仿真 實驗驗證實驗驗證3 3基礎問題基礎問題 我想從今天的討論中得到什么？我想從今天的討論中得到什么？ 為什么為什么 控制電能控制電能 要用開關電源（而不用線性電源）？要用開關電源（而不用線性電源）？ 什么是什么是 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)？ 是什么造成了是什么造成了 開關電

2、源開關電源 的的 非線性？非線性？ 為什么要把為什么要把 開關電源開關電源 線性化線性化 ? ? 什么叫小信號分析？為什么要做小信號分析？什么叫小信號分析？為什么要做小信號分析？ 為什么要為什么要 用公式用公式 來研究來研究 開關電源？開關電源？ 什么情況下可以什么情況下可以 不用公式？不用公式？ 為什么要采用為什么要采用 復頻域復頻域 分析？分析？ 在復頻域的在復頻域的 零點零點 和和 極點極點 上到底發(fā)生了什么上到底發(fā)生了什么 （物理意義）？（物理意義）？ 復頻域的復頻域的 零極點零極點 和和 波德圖中的波德圖中的 零極點零極點 是什么關系？是什么關系？ 為什么要為什么要 仿真？仿真？ 4

3、 4以下是今天討論的出發(fā)點以下是今天討論的出發(fā)點世界上不存在純粹的線性系統(tǒng)。要對任一對象進行理解和預測，需要將其世界上不存在純粹的線性系統(tǒng)。要對任一對象進行理解和預測，需要將其抽象，簡化，近似成抽象，簡化，近似成 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) 模型，這就是古典數學及物理學的主要模型，這就是古典數學及物理學的主要 方法。方法。電感電流連續(xù)的開關電源，其使用的開關元件總是按占空的比例工作在兩電感電流連續(xù)的開關電源，其使用的開關元件總是按占空的比例工作在兩種輸入狀態(tài)，因此可以利用種輸入狀態(tài)，因此可以利用 疊加原理疊加原理，用加權平均的方法，忽略其高頻，用加權平均的方法，忽略其高頻成分（開關動作以及電壓電流紋波）

4、，只著眼于其低頻段成分（開關動作以及電壓電流紋波），只著眼于其低頻段 的表現的表現 - - 這就這就是是 “ “平均化平均化” ” 。平均化之后的某些電源拓撲的靜態(tài)方程是非線性的，為了使用基于疊加原平均化之后的某些電源拓撲的靜態(tài)方程是非線性的，為了使用基于疊加原理的微分方程等手段描述系統(tǒng)，需要將其在工作點附近作線性近似理的微分方程等手段描述系統(tǒng)，需要將其在工作點附近作線性近似 - - 這這種方法就是種方法就是“ “小信號分析小信號分析” ”，其前提是各信號的變化范圍遠小于其絕對值。，其前提是各信號的變化范圍遠小于其絕對值。力學，電學有兩種分析問題的視角力學，電學有兩種分析問題的視角 - - 靜

5、態(tài)（穩(wěn)態(tài)）分析，和動態(tài)分析。靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）分析，和動態(tài)分析。前者通常使用代數方程來描述，后者使用微分方程來描述。前者通常使用代數方程來描述，后者使用微分方程來描述。數學公式（極簡化的除外），當其推導出的結果與直覺一致時，沒有實際數學公式（極簡化的除外），當其推導出的結果與直覺一致時，沒有實際價值。只有在其推導的結果出人意料時，才具有指導意義。價值。只有在其推導的結果出人意料時，才具有指導意義。微積分是為了研究微積分是為了研究 變化變化 而發(fā)展出來的方法。線性系統(tǒng)的微分方程而發(fā)展出來的方法。線性系統(tǒng)的微分方程 列寫列寫 比較簡單，然而比較簡單，然而 求解求解 則比較復雜。拉氏變換是眾多方法中特別簡

6、便的一則比較復雜。拉氏變換是眾多方法中特別簡便的一種求解微分方程的手段。種求解微分方程的手段。5 5以下是今天討論的出發(fā)點以下是今天討論的出發(fā)點 (cont)(cont)與利用對數求解代數方程類似，應用拉氏變換求解的通常步驟是：將微分與利用對數求解代數方程類似，應用拉氏變換求解的通常步驟是：將微分方程通過拉氏變換得到其象函數的代數方程，然后利用代數方程的簡單運方程通過拉氏變換得到其象函數的代數方程，然后利用代數方程的簡單運算法則，將象函數簡化為算法則，將象函數簡化為 部分分式部分分式 形式。這樣，基于疊加原理，就可以形式。這樣，基于疊加原理，就可以將部分分式形式的代數方程逐項將部分分式形式的代

7、數方程逐項 逆變換逆變換 成成 標準形式的標準形式的 原函數。原函數。在所謂在所謂“ “復頻域復頻域” ”，零點，零點 和和 極點極點 沒有物理上的對應。他們只是一種方法，沒有物理上的對應。他們只是一種方法，可以在不用解開方程的情況下了解系統(tǒng)的特性可以在不用解開方程的情況下了解系統(tǒng)的特性-包括是否穩(wěn)定，以及穩(wěn)定包括是否穩(wěn)定，以及穩(wěn)定程度。程度。頻率特性（波德圖）中的頻率特性（波德圖）中的 零極點零極點 和和 以上復頻域分析中的以上復頻域分析中的 零極點零極點 是形是形式上的相同，而本質不同。前者具有實際的物理意義，即系統(tǒng)對正弦輸入式上的相同，而本質不同。前者具有實際的物理意義，即系統(tǒng)對正弦輸入

8、的穩(wěn)態(tài)相應。后者沒有對應的物理意義。二者很容易混淆。二者形式上相的穩(wěn)態(tài)相應。后者沒有對應的物理意義。二者很容易混淆。二者形式上相同的原因，在于拉氏變換的形式來源于傅氏變換。同的原因，在于拉氏變換的形式來源于傅氏變換。線性化的理念就是簡化，方便抽象理解。這也是在計算工具不發(fā)達時簡化線性化的理念就是簡化，方便抽象理解。這也是在計算工具不發(fā)達時簡化手工計算的手段。而電腦的出現使復雜系統(tǒng)完全可以通過逐點計算的方法手工計算的手段。而電腦的出現使復雜系統(tǒng)完全可以通過逐點計算的方法還原其非線性的面目。仿真的意義在于不必犧牲過多的還原其非線性的面目。仿真的意義在于不必犧牲過多的 非線性細節(jié)非線性細節(jié) 而接而接

9、近真實系統(tǒng)的特性。近真實系統(tǒng)的特性。6 6理想電源就是理想電源就是 + +-Rfb基準12VRfaVin1.1. 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)2.2. 輸出阻抗為零輸出阻抗為零3.3. 帶寬無窮大帶寬無窮大4.4. 無損耗無損耗5.5. 無分布，寄生參數無分布，寄生參數 實際開關電源更像是這樣實際開關電源更像是這樣 Error Error AmplifierAmplifierModulatorModulatorOutput FilterOutput Filter不補償又會怎樣？不補償又會怎樣？8 8電壓模式變換器電壓模式變換器負反饋是為了：負反饋是為了： 精度精度: : 穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）誤差穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）誤差

10、速度速度: : 動態(tài)響應動態(tài)響應 穩(wěn)定：穩(wěn)定： 增益及相位裕量增益及相位裕量V VININ+ +PWMPWM比較器比較器- -+ +FmFm功率級功率級- -+ +A(S)A(S)V VREFREFR_loadR_loadV VO Od d環(huán)路補償器環(huán)路補償器K K9平均化平均化 小信號小信號 PWM PWM 開關開關 模型模型10CoQ1DLVin+Ro?+LDCoRVINQ1PACPACBuckBoostCoQ1LDVin+Ro?PACBuck-Boost A: Active Switch Node C: Common Node P: Passive switch (Diode)DC-DC

11、 變換器中的變換器中的 PWM 開關開關?11Q1DPCADPCADDC ModeldPCAdAC ModelD = 1 - D非線性非線性 PWM PWM 開關開關為什么要平均化？為什么要平均化？考慮輸出紋波后的考慮輸出紋波后的BuckBuck變換器波形變換器波形12VoutIinILVswVinIdiode如果如果 Cout 足夠小足夠小不經過平不經過平均化，各均化，各變量之間變量之間的關系將的關系將會過于復會過于復雜，難以雜，難以計算。計算。1313怎樣平均化？怎樣平均化？Buck Buck 變換變換器器CoCoQ1Q1L LV Vin in+R RL LRcRci iL L+ +- -

12、v vPHPHi iin indvvdiiinPHLin=i iin ini iL LV Vin inv vQ2Q2I Ip pI Iv vd d 具有理想變壓器的特性具有理想變壓器的特性直流平均化模型直流平均化模型Lvpini d d2IIi=+=? ?A AC CP Pi iL L+ +- -v vPHPHi iin in1:d1:dA AC CP P該模型只在該模型只在CCMCCM下成立下成立注意：注意：三端開關在靜態(tài)三端開關在靜態(tài)情況下的占空比，情況下的占空比，和靜態(tài)條件下的和靜態(tài)條件下的三極管的放大倍三極管的放大倍數一樣，數一樣， 是常量。是常量。因此該靜態(tài)模型因此該靜態(tài)模型是線性的

13、。是線性的。為什么要做為什么要做“ “小小” ”信號分析？信號分析？或者或者- -為什么不做大信號分析？為什么不做大信號分析？14BuckBoostBuck-Boost引例引例: : 一塊正方一塊正方形邊長形邊長由由問此薄問此薄片片設薄片邊長為設薄片邊長為 x x , , 面積為面積為 A A , , 則則,2xA 0 x2020)(xxxA 20)(2xxx 20 xA xx 0 xx 02)( x0 x變到變到,0 xx 關于關于x x 的的線性主部線性主部 時，時， x x的的高階無窮高階無窮小可忽略不計小可忽略不計0 x 怎樣得到小信號模型怎樣得到小信號模型 ? ? 回回憶：微分的概念

14、憶：微分的概念面積的增量為面積的增量為當當 x x 在在0 x取取得增量得增量x時時,x x 面積改變了多少面積改變了多少? ? 1616怎樣得到小怎樣得到小信號模型信號模型 ? ? Buck Buck 變換變換器器PHPHPHLLLininininininv VviIidDdiIiv Vv+=+=+=+=+=CoCoQ1Q1L LV Vin in+R RL LRcRci iL L+ +- -v vPHPHi iin in? ?A AC CP P 開關電源的平均化是將開關電源的平均化是將 靜態(tài)靜態(tài) 三端開關三端開關 變成了變成了 靜態(tài)靜態(tài) 二二端口網端口網絡，其輸入絡，其輸入/ /輸出關系是一

15、系列初等數學公式。輸出關系是一系列初等數學公式。 然而在動態(tài)條件下，然而在動態(tài)條件下，占空比占空比 并非常量并非常量，造成，造成 靜態(tài)模型靜態(tài)模型 的的 動態(tài)特性動態(tài)特性 出現了非線性。為了將其出現了非線性。為了將其 近似成近似成 線性線性，我們基，我們基于微分的思想，在這個于微分的思想，在這個 二端口網絡二端口網絡 的工的工作點附作點附近，對包近，對包括占空比在內的括占空比在內的各個各個物理量加上物理量加上 小小信號信號“ “擾動擾動” ”，17三端三端PWMPWM開關的小信號模型開關的小信號模型加擾動加擾動dDdiIiiIiLLLinininLLiniDdIi 小信號小信號平均化平均化模型

16、模型iL+-vPHiin1:dACPQ1?PACdVindILini1:D+ACPdiDidIDI)d)(Di(IiILLLLLLinin線性化線性化由前述直流平由前述直流平均化模型出發(fā)：均化模型出發(fā)：diiLindDdvVvvVvinininPHPHPH加擾動加擾動線性化線性化ininPHvDdVv ininPHLLinv DdVv i DdIi+=+=dvvinPH18dVindIL1:D+ACP+LCoRVINACPBuckBuck變換器變換器的平的平均均化小信號模化小信號模型型dVindIL1:D+ACP+LCoRinV19各種各種變變換換器的一般平器的一般平均均化小信號?；⌒盘柲Ｐ?/p>

17、型 - in- in Fundamentals of Power Electronics20DVVG11Dv v G0Sinov2o2SoQSzS0dinov=+=CLcoCRLCRQ ,LR ,1 ,1LzLz開環(huán)輸入至輸出傳遞函數開環(huán)輸入至輸出傳遞函數 (Buck)(Buck)dVindIL1:D+ACP+LCRRCRLov inV1:DACP+LCRRCRLov inV21CLcoCRLCRQ ,LR ,1 ,1LzLzDGvESR ZerooQ factor-40db/dec-20db/decDVVG11Dv v G0Sinov2o2SoQSzS0dinov=+=開環(huán)輸入至輸出傳遞函數

18、開環(huán)輸入至輸出傳遞函數 (Buck)(Buck)222o2SoQSzSIN0inv od11Vdv G+=CLcoCRLCRQ ,LR ,1 ,1LzLzdVindIL1:D+ACP+LCRRCRLov inVdVin+CPLCRRCRLov IN0S2o2SoQSzSINodV11VDV)DC(G=+=開環(huán)開環(huán) 控制至輸出控制至輸出 傳遞函數傳遞函數 (Buck)(Buck)232o2SoQSzSIN0inv od11Vdv G+=CLLzLczoRQ ,LR ,CR1 ,LC1=VINGdESR ZerooQ factor-40db/dec-20db/dec開環(huán)開環(huán) 控制至輸出控制至輸出

19、傳遞函數傳遞函數 (Buck)(Buck)24()()R/R sZR/R0SZ1)1()1(R/Riv ZcpLp2o2SoQSzLSzSLoop=+=dVindIL1:D+ACP+LCRRCRLov inV0inv doopiv Z=LCRRCRLov ZO開環(huán)開環(huán) 輸出傳阻抗輸出傳阻抗 ( (Buck)Buck)25()()R/R sZR/R0SZ1)1()1(R/Riv ZcpLp2o2SoQSzLSzSLoop=+=CLcoCRLCRQ ,LR ,1 ,1LzLzZpESR ZerooQ factor20db/dec-20db/decRL /RRc /RZLZLCRRCRLov ZO開

20、環(huán)開環(huán) 輸出傳阻抗輸出傳阻抗 ( (Buck)Buck)26單單 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 開關變換器開關變換器27小信號小信號 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 開關變換器開關變換器PWMPWM比較器比較器Fm變換器變換器功率級功率級補償器補償器. ,dv ,iv ,v ooooinvinv ov oid-A(S)GVZPinv Xov -A(S)FmGdTdoi小信號結構圖小信號結構圖功率級功率級280 0d d andand 0 0i i v vv vG G lity)lity)SusceptibiSusceptibi audioaudio looploop (Open(Open開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益o oi

21、n ino ov v0 0v v andand 0 0d d i iv vZ ZImpedanceImpedance OutputOutput LoopLoop OpenOpen開環(huán)輸出阻抗開環(huán)輸出阻抗o oo op p開環(huán)傳遞函數開環(huán)傳遞函數GVZPinv Xov -A(S)FmGdTdoiCv 290iv dv Goinod=GVZPinv Xov -A(S)FmGdTdoiCv ocv v A(s) =控制至輸出傳遞函數控制至輸出傳遞函數環(huán)路補償器增益環(huán)路補償器增益PWM PWM 比較器增益比較器增益cv dFm =開環(huán)傳遞函數開環(huán)傳遞函數 （續(xù)）（續(xù)）30vcompvrampDTsVP

22、小信號小信號 PWM PWM 比較器增益比較器增益 FmFmPWM PWM 比較器比較器Fmcv +-dVcvccv sTdPccmV1v ddvddF=如如何處理有何處理有 最小關斷時間最小關斷時間的控制器？的控制器？31閉環(huán)閉環(huán) 音頻敏感度音頻敏感度 ( (輸入動態(tài)響應輸入動態(tài)響應) ) T1vGAmFdG1vGinv ov +=+=A dG mFT =環(huán)路增益環(huán)路增益: :omdinvov AFddGv Gv -=+= 高環(huán)路增益高環(huán)路增益T T 改善輸入動態(tài)響應改善輸入動態(tài)響應Audio-Susceptibility 物理意義物理意義: 輸入動態(tài)響應（輸入動態(tài)響應（Line Trans

23、ient Response)inov v Audio SusceptibilityGVZPinv Xov -A(S)FmGdTdoiCv 0io=32T1pZAmFdG1pZoiov +=+=GVinv Xov -AFmGdTdZPoiomdopov A F Gi Zv -=閉環(huán)閉環(huán) 輸出阻抗輸出阻抗 （負載動態(tài)響應）（負載動態(tài)響應） 輸出阻抗越小，負載動態(tài)響應越快輸出阻抗越小，負載動態(tài)響應越快 增益越高，負載動態(tài)響應越快增益越高，負載動態(tài)響應越快Output Impedance Output Impedance 物理意義物理意義: : 負載動態(tài)響應負載動態(tài)響應ooiv 0v in=閉環(huán)輸出阻

24、抗閉環(huán)輸出阻抗3333環(huán)路分析環(huán)路分析 環(huán)路分析要做到的是環(huán)路分析要做到的是: : 系統(tǒng)性能分析：動態(tài)響應系統(tǒng)性能分析：動態(tài)響應 穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析: : 是否穩(wěn)定是否穩(wěn)定 穩(wěn)定程度穩(wěn)定程度 對設計進行評估對設計進行評估 可被實驗驗證可被實驗驗證34環(huán)路增益環(huán)路增益 T T 的函數的函數: : 閉環(huán)電壓增益閉環(huán)電壓增益T1Gv v GvinoCL+=1+TGVGCLTESR ZerooffC (bandwidth) GCL越小越小, 輸入動態(tài)響應越快輸入動態(tài)響應越快 帶寬帶寬 fc 越寬，輸入動態(tài)響應越快越寬，輸入動態(tài)響應越快GVinv Xov -AFmGdTdZPoi2o2SoQSzSin

25、ov11Dv v G+=35T1Ziv ZpooCL+= ZCL ZCL 用于負載動態(tài)響應用于負載動態(tài)響應 Z ZCL CL 越小越小, , 負載動態(tài)響應越快負載動態(tài)響應越快 最小高頻最小高頻 ZoZo 等于等于 ESRESR1+TZPZCLTESR ZerooffC (bandwidth)ESRGVinv Xov -AFmGdTdZPoi2o2SoQSzLSzSLoop1)1()1(R/Riv Z+=LR LzL=環(huán)路增益環(huán)路增益 T T 的函數的函數: : 閉環(huán)輸出阻抗閉環(huán)輸出阻抗36CoQ1Q2L+RLRcRoZO1+TZPZCLTESR Zerooff fC C ( (帶寬帶寬) )E

26、SRLR LzL= 當當 f f 趨于極大趨于極大 C C 短路，短路， L L 開路開路 最小最小 Z ZO O: ESR: ESR ESR ESR越小越小, , 負載動態(tài)越快負載動態(tài)越快 T T 越高越高, , 負載動態(tài)越快負載動態(tài)越快 T1Ziv ZpooCL+=閉環(huán)輸出阻抗閉環(huán)輸出阻抗3737理想環(huán)路增益特性理想環(huán)路增益特性 高的直流電壓增益以減小高的直流電壓增益以減小DCDC誤差誤差 高帶寬以提高負載動態(tài)響應速度高帶寬以提高負載動態(tài)響應速度 以以- -20dB/20dB/decdec 斜率穿越斜率穿越 0dB 0dB 以提高相位裕量以提高相位裕量 高頻部分高的衰減以減小對噪聲的敏感性

27、高頻部分高的衰減以減小對噪聲的敏感性|T|T|off fC C ( (帶寬帶寬) )-180-180o omG Gmm: : 增益裕量增益裕量相位裕量相位裕量0dB0dB T T3838環(huán)路增益環(huán)路增益 T T 的實例的實例T Tp-90-90o o-45-45o o0 0o opmS1GT+=一階系統(tǒng)一階系統(tǒng) 絕對穩(wěn)定絕對穩(wěn)定 90 90o o 相位裕量相位裕量- -20dB/20dB/decdec相位裕量相位裕量: : 9090o o-180-180o o(-1,0)(-1,0)Gm (S=0)Gm (S=0)S S 平面平面S=jS=j 的意義：的意義： ( )TAnglePhaseTl

28、og20Magnitude=T=1/(1 + j) S=jT=1/(1 + j) S=j p p幅值幅值 = -20 log= -20 log相位相位 = -45 degree= -45 degree23939T To-180-180o o-90-90o o0 0o o2o2omSQS1GT+=二階系統(tǒng)二階系統(tǒng) 穩(wěn)定穩(wěn)定 相位裕量相位裕量: : 可可能會非常能會非常?。ㄈQ于?。ㄈQ于Q Q） 增益裕量增益裕量: : 理論上無窮大理論上無窮大-40dB/Dec-40dB/Dec(-1,0)(-1,0)Gm (S=0)Gm (S=0)S S平面平面|T|=1|T|=1S = jS = j o o

29、jQGTm=環(huán)路增益環(huán)路增益 T T 的實例的實例 4040基本極點和零點特性基本極點和零點特性 單極點單極點 極點處（極點處（f fp p）相位滯后）相位滯后45 45 度度 10 10 f fp p 后后相移（接近）相移（接近）9090o o -20 -20 dB/dB/decdec 單零點單零點 零點處（零點處（f fz z） 4545o o 相位超前相位超前 10 10 f fz z后相移（接近）后相移（接近）9090o o + +20dB/20dB/decdec5310S110S1)S(G+=T Tp9090o o4545o o0 0o o 20dB/Dec20dB/Dec4141直

30、流增益直流增益G GV Vinv oVA AFmFmG Gd dT TdZ ZP Poi+ + +V VREFREF- -ErrorError0iv oin=T(直流增益)T(直流增益)V VG GAFAFV VV V- -V V誤差誤差 DCDCo o0 0S Sd dmmo oo oREFREF 直流增益越高，直流穩(wěn)態(tài)誤差越小直流增益越高，直流穩(wěn)態(tài)誤差越小 40dB 40dB 直流增益直流增益, , 則則 1 1% % 誤差誤差OUTPUTOUTPUT42補償器設計補償器設計4343G GV Vinv ov -A(S)-A(S)FmFmG Gd dT TdZ ZP Poi+mdF)S(AG

31、T=環(huán)路設計的目標環(huán)路設計的目標將總環(huán)路增益將總環(huán)路增益 T T 校正，以達成校正，以達成以下目標以下目標q 低頻段高增益低頻段高增益q 40 40 度相位裕量度相位裕量q 10 dB 10 dB 增益裕量增益裕量q 高帶寬以加快動態(tài)響應高帶寬以加快動態(tài)響應4444Crossover Frequency0510152000.511.521.6591.177104v t 15()v t 30()v t 45()v t 60()200.015c t 負載動態(tài)響應負載動態(tài)響應 和和 相位裕量相位裕量 的關系的關系（時域指標（時域指標 和和 頻域指標頻域指標 的關系）的關系）通過鈴振的程度可以判斷通過

32、鈴振的程度可以判斷 相位裕量相位裕量 45 45 度相位裕量是足夠的度相位裕量是足夠的穿越頻率等于鈴振頻率穿越頻率等于鈴振頻率 穿越頻率應該在穿越頻率應該在 開關頻率的開關頻率的 1/5 1/5 至至 1/10 1/10 左右左右 =15=15 =30=30 =45=45 =60=60 4545c2o2SoQSzSINmcmdK11VFT;KA(s) ,AFGT+=CLczoRQ ,CR1 ,LC1=補償器設計補償器設計 ( (電壓模式控制電壓模式控制) )降壓變換器降壓變換器T TESR ZeroESR Zeroof fC C (bandwidth)(bandwidth)-180-180o

33、o-90-90o o 直流增益小，需要增加積分環(huán)節(jié)直流增益小，需要增加積分環(huán)節(jié) 雙極點雙極點: 180o 滯后滯后 如如果零點果零點頻率頻率 z z 3 3倍極點倍極點頻率頻率 o o，則相位裕量幾乎為則相位裕量幾乎為 0 0o o 如果如果 ESR ESR 零點零點 z 3 z C3 R2, C3 if C1C33.3. R3, C2 R3, C2IIIIII型補償器電路型補償器電路49)1 ()1 (S)1 ()1 (K11VFTAFGT2pS1pS2zS1zSc2o2SoQSzSINmmd+=Gd(S)GVinv ov -AFmGdTdZPoi+A(S): A(S): 補償器補償器 II

34、I III 型補償器：兩個零點型補償器：兩個零點 ( ( z1z1, , z2z2) )，三個極點，三個極點( (0, 0, p1p1, , p2p2) ) 環(huán)路增益與輸入電壓成正比環(huán)路增益與輸入電壓成正比 需要引入輸入電壓前饋需要引入輸入電壓前饋環(huán)路設計環(huán)路設計( (電壓模式控制電壓模式控制) )CLczoRQ ,CR1 ,LC1=50補償器的設計目標補償器的設計目標)1()1(S)1()1(K11VFTAFGT2pS1pS2zS1zSc2o2SoQSzSINmmd+= 目標是目標是 在功率級元件確定的參數在功率級元件確定的參數 z z, , o o, Q, V, Q, VININ, PWM

35、 , PWM 增益增益 F Fm m 的基礎上，選擇補償器的參數的基礎上，選擇補償器的參數 K Kc c, , z1z1, , z2z2, , p1p1, , p2,p2, 來校正來校正 環(huán)路增益曲線，以達到環(huán)路增益曲線，以達到 穩(wěn)定穩(wěn)定 及及 優(yōu)化的優(yōu)化的 性能。性能。51A(S)Gd(S)Tp1p2)1()1(S)1()1(K1)1(VFT2pS1pS2zS1zSc2o2SoQSzSINm+=cFmGdESR ESR 零點零點zo積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)-20dB/decz1, z2-40dB/dec1.1.帶寬帶寬 f fc c = (1/5-1/10) = (1/5-1/10) f fs s2

36、.2. z1z1, , z2z2 靠近靠近 o o3.3. p1p1 抵消抵消 ESR ESR 零點零點 z z4.4. p2p2 = 10 = 10 c c5.5.確定確定 K Kc c6.6.選擇補償器的選擇補償器的 電阻電阻 及及 電容電容環(huán)路設計環(huán)路設計 ( (實例實例1)1)52GdFmESRESR零點零點ofA(S)A(S)兩個零點兩個零點x xx x兩個極點兩個極點積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)|T|T|fC T-90o-180o 用一個積分環(huán)節(jié)以提高直用一個積分環(huán)節(jié)以提高直流增益流增益 在在 fofo 兩邊放兩個零點兩邊放兩個零點 用兩個高頻極點抵消用兩個高頻極點抵消ESRESR零點，并增加

37、高頻部零點，并增加高頻部分的衰減速度分的衰減速度開環(huán)頻率特性開環(huán)頻率特性環(huán)路設計環(huán)路設計 ( (實例實例2)2)53G Gd dF FmmII II 型補償電路：型補償電路： 具備一個零點，兩個極點具備一個零點，兩個極點 在在ESR ESR 零點靠近雙極點零點靠近雙極點時，選時，選擇補償零點擇補償零點 z1 z1 3 3 o ooA(S)A(S)單單零點零點x x單極點單極點積分器積分器|T|T| C C T T-90o-180o z z1pS11zS1ISK)S(A+=II II 型補償器電路型補償器電路54)1()1(S)1()1(K1)1(VFT2pS1pS2zS1zSc2o2SoQSz

38、SINm+=環(huán)路增益環(huán)路增益 T T：輸入電壓的函數：輸入電壓的函數fC-90o-180oVIN VIN VinVin高時，相高時，相位裕位裕量很量很小小 T T 是是 VIN VIN 的函的函數，數， 需要用電壓前饋來抵需要用電壓前饋來抵消消VIN VIN 對對 T T 的影響的影響55PcompV1Vd=PcompcompmV1v ddvddF=vcompvrampdVP帶輸入電壓前饋的補償器帶輸入電壓前饋的補償器PWM PWM 比較器比較器Fmcompv+-dVP = K VININmKV1F=前饋前饋 : :PWM PWM 斜率是輸入電壓的函數斜率是輸入電壓的函數56加入輸入電壓前饋的環(huán)路增益加入輸入電壓前饋的環(huán)路增益)1()1(S)1()1(K 11V FTAFGT2pS1pS2zS1zSc2o2SoQSzSINmmd+=INmKV1F=)1()1(S)1()1(K11VKV1T2pS1pS2zS1zSc2o2SoQSzSININ+= 環(huán)路增益與輸入電壓無關環(huán)路增益與輸入電壓無關 快速的輸入動態(tài)響應，只與快速的輸入動態(tài)響應，只與 Vramp = f(VIN) 的轉換速度的轉換速度 K 相關相關57如何測量環(huán)路增益如何測量環(huán)路增益VOLPWM比較器比較器-+VREF補償器補償器VINRCo