开关电源反馈设计

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1、第六章开关电源反馈设计除了磁元件设计以外，反馈网络设计也是开关电源了解最少、且非常麻烦的工作。它涉及到模拟电子技术、控制理论、测量和计算技术等相关问题。开关电源环路设计的目标是要在输入电压和负载变动范围内，达到要求的输出（电压或电流）精度，同时在任何情况下应稳定工作。当负载或输入电压突变时，快速响应和较小的过冲。同时能够抑制低频脉动分量和开关纹波等等。为了较好地了解反馈设计方法，首先复习模拟电路中频率特性、负反馈和运算放大器基本知识，然后以正激变换器为例，讨论反馈补偿设计基本方法。并介绍如何通过使用惠

2、普网络分析仪HP3562A测试开环响应，再根据测试特性设计校正网络和验证设计结果。最后对仿真作相应介绍。6.1频率响应在电子电路中，不可避免存在电抗（电感和电容）元件，对于不同的频率，它们的阻抗随着频率变化而变化。经过它们的电信号不仅发生幅值的变化，而且还发生相位改变。我们把电路对不同频率正弦信号的输出与输入关系称为频率响应。6.1.1频率响应基本概念(dB)20log(G)6040BW20fLfH0100101102103104105f(a)90°0°100101102103104105f-90°(

3、b)图6.1波特图电路的输出与输入比称为传递函数或增益。传递函数与频率的关系－即频率响应可以用下式表示其中G(f)表示为传递函数的模（幅值）与频率的关系，称为幅频响应；而∠(f)表示输出信号与输入信号的相位差与频率的关系，称为相频响应。典型的对数幅频响应如图6.1所示，图6.1(a)为幅频特性，它是画在以对数频率f为横坐标的单对数坐标上，纵轴增益用20logG(f)表示。图6.1(b)为相频特性，同样以对数频率f为横坐标的单对数坐标上，纵轴表示相角。两者一起称为波特图。在幅频特性上，有一个增益基本不变

4、的频率区间，而当频率高于某一频率或低于某一频率，增益都会下降。当高频增高时，当达到增益比恒定部分低3dB时的频率我们称为上限频率，或上限截止频率fH，大于截止频率的区域称为高频区；在低频降低时，当达到增益比恒定部分低3dB时的频率我们称为下限频率，或下限截止频率fL，低于下限截止频率的区域称为低频区；在高频截止频率与低频截止频率之间称为中频区。在这个区域内增益基本不变。同时定义（6-1）为系统的带宽。6.1.2基本电路的频率响应1.高频响应在高频区，影响系统（电路）的高频响应的电路如图6.2所示。以图

5、6.2a为例，输出电压与输入电压之比随频率增高而下降，同时相位随之滞后。利用复变量s得到（6-2）对于实际频率，s=jω＝j2πf，并令46（6-3）就可以得到电路高频电压增益RLCR(a)(b)图6.2高频响应（6-4）由此得到高频区增益的模（幅值）和相角与频率的关系（6-5）对数幅频特性为（6-5a）（6-6）幅频响应20logG(dB)10-210-11001011021030f/fH-20-40(a)φ10-210-11001011021030f/fH-45-90(b)图6.3图2电路的高频波

6、特图1)当f<>fH时可见，对于对数频率坐标，上式为一斜线，斜率为－20dB/十倍频（－20dB/dec），与0dB直线在f=fH处相交，所以fH称为转折频率。当f=fH时，dB,即＝0.707。高频响应以0dB直线与-20dB/dec为渐近线，在转折频率处相差最大为－3dB。幅频特性如图6.3a所示。当频率等于转折频率时，电容电抗正好等于电阻阻值。当频率继续增加时，电容C的阻抗以－20dB/dec减少，即频率增加10倍，容抗减

7、少10倍，所以输出以－20dB衰减。相频特性相位与频率的关系（式（6.6））可以用以下方式作出：1）当f<>fH时，H→90°,得到一条H＝90°直线。3）当f＝fH时，H＝45°。当f＝0.1fH和f＝10fH时,H分别为－5.7°和－84.3°,故可近似用斜率为斜线表示。相频特性如图6.3(b)所示。由幅频和相频可以看到，当频率增加时，电路增益越来越小，相位滞后越来越大。当相位达到90°时，增益为0。幅频和相频特性都由上限频率fH决定。从式（6.

8、3）可以看到，上限截止频率由电路的时间常数（RC）决定。如果图6.2b的时间常数L/R与图6.2a的时间常数RC相等，则图6.2b电路的波特图与图6.2a完全相同。从图6.3可以看出，高频信号大大衰减，而低频信号得以保存。因此，这种电路也称为低通滤波器。对于图6.2a电路，如果时间常数对研究的时间来说大的多，即电阻和电容数值很大，我们有46因为Uo=Uc，可以得到（6-7）这是一个积分电路。可见，相同的电路对不同的研究目的表现出不同的功能。2.低频特性我