開關(guān)電源環(huán)路補償

1、今天作為工程師，每天接觸的是電源的設(shè)計工程師，發(fā)現(xiàn)不管是電源的老手，高手，新手，幾乎對控制環(huán)路的設(shè)計一籌莫展，基本上靠實驗.靠實驗當然是可以的，但出問題時往往無從下手，在這里我想以反激電源為例子（在所有拓撲中環(huán)路是最難的，由于RHZ的存在），大概說一下怎么計算,至少使大家在有問題時能從理論上分析出解決問題的思路示意圖：ViliMJ4： -+VoJ Oil tlpr tik這里給出了右半平面零點的原理表示，這對用PSPICE做仿真很有用，可以直接套用此圖.1vu1 | II1右半平而零克：0% .IXIIIIII二flII1!遞函數(shù)自己寫吧，正好鍛煉一下，把輸出電壓除以輸入電壓就是傳遞函數(shù)，就向

2、我下面的圖中表bode 圖可以簡單的判定電路的穩(wěn)定性，甚至可以確定電路的閉環(huán)響應(yīng) 示的.零，極點說明了增益和相位的變化單極點補償，適用于電流型控制和工作在DCM 方式并且濾波電容的ESR零點頻率較低的180電源.其主要作用原理是把控制帶寬拉低，在功率部分或加有其他補償?shù)牟糠值南辔贿_到 度以前使其增益降到 0dB.也叫主極點補償.sRlCl(lsR2C2)90.如:所有電流型控制和非連續(xù)方式雙極點，單零點補償，適用于功率部分只有一個極點的補償電壓型控制.適用壬傳遞S散 為單極虐的tttSMR 1 2plR2C2三極點，雙零點補償適用于輸出帶LC諧振的拓撲，如所有沒有用電流型控制的電感電流連續(xù)方式

3、拓扌卜。IPIT1 2|tfR2Cl I IplRllCJ 適用于傳S函S 許沒ffi卓的補償G(i)KRlCl(l+sRC2KltR3C3)C1的主要作用是和 R2提升相位的當然提高了低頻增益在保證穩(wěn)定的情況下是越小越好C2增加了一個高頻極點，降低開關(guān)躁聲干擾串聯(lián)C1實質(zhì)是增加一個零點，零點的作用是減小峰值時間，使系統(tǒng)響應(yīng)加快，并且閉環(huán)越接近虛軸，這種效果越好所以理論上講,C1是越大越好但要考慮，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，因爲零點越距離虛軸越近，閉環(huán)零點修正系數(shù) Q越大,而Q與超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間成正比，所以又不能大總之，考慮閉環(huán)零點要折衷考慮并聯(lián)C2實質(zhì)是增加一個及點，級點的作用是增大峰值時間，使系統(tǒng)

4、響應(yīng)變慢所以理論上講，C2也是越大越好但要考慮到，當零級點彼此接近時，系統(tǒng)響應(yīng)速度相互抵消.從這一點就可以說明，我們要及時響應(yīng)的系統(tǒng) C1大,至少比C2大三：環(huán)路穩(wěn)定的標準.只要在增益為1時（OdB）整個環(huán)路的相移小于 360度，環(huán)路就是穩(wěn)定的.但如果相移接近360度，會產(chǎn)生兩個問題：1）相移可能因為溫度，負載及分布參數(shù)的變化而達到360度而產(chǎn)生震蕩;2）接近360度，電源的階躍響應(yīng)（瞬時加減載）表現(xiàn)為強烈震蕩 使輸出 達到穩(wěn)定的時間加長，超調(diào)量增加.如下圖所示具體關(guān)系.Enij15Q-OJC?00(01Q 015om03m叫 f radianjiM即(那poRst c為tt出電容Ro為Aft

5、電K此圖為補償放大部分原理圖.RHZ的頻率為33K,為了避免其引起過多的相移，一般取帶寬為其頻率的1/4-1/5,我們?nèi)?/4為8K.分兩種情況：A）輸出電容ESR較大uo60iilll20ftGftiti dBII I milI 11 IlliII I Hill ! I HillI 111 111I HHIIIi麗FirmT 卜4 1(IINilI 4 1I lllllllll I llillllllII I I HUM十十t卄Mr卜十汁IHII汁十I譏刑LH汁誹II HI IlliII Ml IilllIIII lllllllllII HIM40TTEiir廣門Tliil廠inui廣rmq

6、II HIMII HmillII11 millI山川IMM20-40 -80im(1+5/12251*(1 S/53K)Gts|=就8K處的相位滯后比較lOOOuTMV ESR=130m歐姆輸出濾波電容的內(nèi)阻比較大，自身阻容形成的零點比較低，這樣在小 Phan sea ngle=arcta n(8/1.225)-arcta n(8/0.033)-arcta n(8/33)=-22另外可看到在8K處增益曲線為水平,所以可以直接用單極點補償,這樣可滿足-20dB/decade 的曲線形狀.省掉補償部分的 R2,C1.設(shè) Rb 為 5.1K,貝U R1=(12-2.5)/2.5*Rb=19.4K.所

7、以8K處補償放大器增益應(yīng)為5.7dB,5.7-20*log(Fo/8)=0Fo率 Fo=1/(2*pi*R1C2)=15.42為補償放大器 0dB增益頻相位裕度:180-22-90=68 度10100100010000 tOOOOO 1000000Ft鴿ue 門 M ifHl)価OT呦馳加o心1 ISO - FFrequency (Ki)蘭負為功牽韶分.綠色為補償部分.紅色為整個開環(huán)増益-C2=1/(2* pi*R1*15.42)=1/(2*3.14*19.4*15.42)=0.53nF千40I tll.llm廠丁門imiTTEEi milII SI如LI I 1 w=._ ,； T .=U=

8、. = 4=：ljJ亠20 .”丄I II If II t NlllllI II：IIII!IlII lllHliiill(I:owI卜I，十IMilIM卜TI Hill aiHldIiFH用！八1 llllllill11忖”怦廠十卅聊I 1 II HHIIMT廠m甜廠廠切用廣廠7T待曲廣十嚴ii仙 _1丄匕1劉I亦tooo10000100000 ff(卄 5/53K)儲(1 - 33K)GW戶 19 4* 1 卡 s338K處的相位滯后比較大.iOOOiiF/25V ESR-3ftm 歐姆輸出濾波電容的內(nèi)阻比較大，自身阻容形成的零點比較高，這樣在P ha nsea ngle=arcta n(

9、8/5.3)-arcta n(8/0.033)-arcta n( 8/33)=-47如果還用單極點補償 則帶寬處相位裕量為180-90-47=43度.偏小.用2型補償來提升.三個點的選取，第一個極點在原點，第一的零點一般取在帶寬的1/5左右，這樣在帶寬處提升相位 78 度左右 ,此零點越低 ,相位提升越明顯 ,但太低了就降低了低頻增益,使輸出調(diào)整率降低 ,此處我們?nèi)?.6K.第二個極點的選取一般是用來抵消ESR零點或RHZ零點引起的增益升高,保證增益裕度 .我們用它來抵消 ESR 零點 ,使帶寬處保持 -20db/10decade 的形狀 ,我們?nèi)SR 零點頻率 5.3K數(shù)值計算 :8K 處

10、功率部分的增益為 -20*log(5300/33)+20*log19.4=-18dB因為帶寬8K,即最后合成增益曲線 8K處OdB所以 8K 處補償放大器增益應(yīng)為 18dB,5.3K 處增益 =18+20log(8/5.3)=21.6dB水平部分增益=20logR2/R1=21.6推出R2=12*R1=233Kfp2=1/2*pi*R2C2推出C2=1/(2*3.14*233K*5.4K)=127pF.fz1=1/2*pi*R2C1推出C1=1/(2*3.14*233K*1.6K)=0.427nF.相位10佃帥讀也加O換皿血1 00 *1一一JJ 冒一1- 1T 嚴1、一 _ . .；!-L、

11、1|10*400100 1GG0 10000 ooo 1000000 Frequency (Hi)Phanse angle - -47 - 90+arctajXSl 6)-ajctan(8/5.3)=- H 5 度 扁位裕虧“1金65匪仿真圖，lOOl10000 liCXDOOO lOOOOM)Frequency (Hz)2.歸壓型控制，我Ml同梓設(shè)計常寬為EFL傳謹喙如下，G(1 - ViSy kiiiftd*iK|*T*Klf i*KlirMn(rrRei*|i*屮IDp*.l IwWoiq訐I4 1 mio 打 tLt* i 高S MOO詠電容的ESR r良Am加歐媼，0 * 5.3K)

12、*(1 f 5iKiQnj-V-OVr -?6*筈t +(2*piri5iufo為LC諧振頻率，注意Q值并不是用的計算值，而是經(jīng)驗值，因為計算的Q無法考慮LC串聯(lián)回路的損耗（相當于電阻）,包括電容ESR,二極管等效內(nèi)阻，漏感和繞組電阻及趨附效應(yīng)等.在實際電路中Q值幾乎不可能大于 4 5.fiuhi dHvHim411亠2冊八2ft更 1 h H I - =iiThsi J r 訓(xùn)二 I I rm I s川時Ifl- J* 松p 一丨 IJi =打1riHilFHIt mII111 1111000由于輸出有LC諧振，在諧振點相位變動很劇烈，會很快接近180度，所以需要用3型補償放大器來提升相位.

13、其零，極點放置原則是這樣的，在原點有一極點來提升低頻增益，在雙極點處放 置兩個零點，這樣在諧振點的相位為-90+(-90)+45+45=-90. 在輸出電容的ESR處放一極點， 來抵消ESR的影響，在RHZ處放一極點來抵消 RHZ引起的高頻增益上升.元件數(shù)值計算，為方便我們把3型補償?shù)膱D在重畫一下.r-BlHJEt3-355B：jSCl-9nFC AI nF -J 2pIR2C11 iKJC 5R2RI1I 1 2plRH3 込川T傳運S數(shù)9riVwLHI K2 IIMI RIO) Rir i(| sR2 2)(1 sRJCJJ先計a功率部分SK處的S Rb-$ IK ftl內(nèi)4E26- 40

14、M5 3/0 S05)- 201ogt8/5 3)-15 JdB，要矚到SK帶寬.補償Efc大S在8K處.K平頂部分的益應(yīng)*3 1于3血雙雪點處増益為*I5 J2Oto0C5 3/0 60*3 -3 6, Mttii R2-1.51*R1-2P JK *LUSLRLC引-6053-l?6rfK2*pi*R3*C3)=33KK2*pi*R2*C 1)-605!j(2*pi*R2*C2)-5 3KKB 8K 處ffi相a：1 SO+ardaiX85 S-airtaiM3/35+! - 9(3+2FctanS/O 605artW8/5J),aictarxWj) 136淚位KSt 18Chl2gX度忖S