开关电源环路设计

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1、开关电源环路设计1功率变换部分的小信号模型1.1电压型控制1丄1开关电源的控制框图：1.1.2电压型开关电源电路小信号模型的传递函数:控制对输出：Gvd(s)=v/dGdOWOQWzBUCKV/Dl/sqrt(LC)R*sqrt(C/L)ooBOOSTV/D,D7sqrt(LC)D'R*sqrt(C/L)d?2r/lBUCK-BOOSTV/(DD,)D7sqrt(LC)D'R*sqrt(C/L)d,2r/(dl)1.2电流型控制M1L1补偿网络1.2.1电流型的小信号模型的简化传递函数(电流连续):BUCKGvc

2、(s)=R/(l+s*R*C)BOOSTGvc(s)=D,*R/2*(1-s*L/D,2/R)/(1+s*R*C/2)BUCK-BOOSTGvc(s)=・D'*R/(1+D)*(1・s*D*L/D,2*R)/[1+s*R*C/(1+D)]2补偿网络的形式：2.1超前补偿(PD)：Gc(s)=Gco*(1+s/Wz)/(1+s/Wp)常用于包含双极点的系统屮，如BUCK电路，能增加环路带宽，同时保持适当的相位裕度。低频零点Wz使补偿网络Gc的幅值随频率+20dB/dcc增加，为此，要引入一个频率高一点的极点Wp来抵

3、消Wz在高频段的作用。相位补偿最大处在fphmax=sqrt(fz*fp),对应的幅值补偿是Gc*sqrt(fp/fz)o为使补偿后，环路在fc处有最大的相位补偿，则补偿网络中的fz、fp按如下计算：fz=fc*sqrt[(l-sin(。))/(l+sin(8))]fp=fc*sqrt[(l+sin(0))/(1-sin(0))]2.2滞后补偿(PI)：Gc(s)=Gc」(l+WL/s)常用于增加坏路的低频增益，提高电源的稳压精度。常用于具有单个极点的补偿，如电流型的补偿。假设希望补偿示的开环传递函数的交越频率在

4、fc,而未补偿的开环传递函数在fc处的增益是Tuo(dB),贝叽Gcoo(dB)=-Tuo(dB)；补偿网络的转折频率fL应远小于fc,避免英对原冇开环传递函数的相位裕度的影响，可以KXfL=fc/102.3超前滞后补偿(PID)：Gc(s)=Gcm*(1+WL/s)*(1+s/Wz)/(1+s/Wp1)/(1+s/Wp2)超前补偿用于增加相位裕度，滞后补偿用于提高稳压精度。3补偿网络的实现R4对补偿网络没有影响。若C2»C1,R1»R3,则有传递两数:Gc=Gcm*(l+3L/s)*(l+s/3z)/(1+s/

5、copl)/(1+s/<*)p2)其小：Wz=l/RlC3Wpl二1/R2C1WL二1/R2C2Wp2=l/R3C3Gcm*sqrt(fpl/fz)=~Tu

6、fc4电压型PWM部分传递两数：dd/dVc=dton/dVc/T,dVc/dton即在ton处的电压变化率。对于带变压器的BUCK电路，输入电压Vi,输出电压Vo,输出电感Lo,变压器匝比(Np:Ns)K,原边检流电阻Rs,则电感电流变化率diL/dt=(Vi/K-Vo)/Lo,折算到原边,得到检流电阻上的电压变化率dVs/dt二Rs*(Vi/K-Vo)/

7、(K*Lo),若斜率补偿是Kv,则进入PWM比较器的电压变化率dVc/dton=Kv*Rs*(Vi/K-Vo)/(K*Lo),所以PWM部分的传递函数是：Gpwm=dd/dVc=(K*Lo)/[Kv*Rs*(Vi/K-Vo)*T]5例子1：电压型的补偿TDA16888的补偿网络设计(当斜率补偿比较大时，电流型靠近于电压型的特性，所以采用电压型的小信号模型)a)功率部分：V=54D=0.4R=10.8(5A)L=200uHC=1000uFK=2.8(Np:Ns)Gvd=(V/D/K)/(l+s*L/R+S%L*C)

8、=48/(1+18.5e-6*s+2e-7*s*s)b)光偶部分：Gop=dVpwm/dVo=CTR*Ra/Rb=100%*1/3=0.333vccR1k35Rb3kOL«

9、：(电压采样H已包含在其中)采用PID补偿，Gc=Gcm*(l+3L/s)*(l+s/3z)/(1+s/3pl)/(1+s/3p2)设补偿后：fc二3k,9=70,(补偿后的交越频率要小于10%的开关频率)，有fz=fc*sqrt((l-sin0)/(l+sin9))=0.53k(Wz=3.3k),fpl=fc*sqrt((l+sin。)/(1-sinB))=17k(Wp