开关电源环路设计与计算

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1、开关电源环路设计与计算On-BrightElectronics(Shanghai)Co.LtdOct.2006On-Brightconfidential1内容¢开关电源简介¢开关电源环路分析(以反激变换器为例)¢开关电源的环路补偿(以反激变换器为例)¢一个基于OB2263的12W电源环路设计实例¢讨论On-Brightconfidential2开关电源简介¢用途：AC/DC，DC/DC，DC/AC(inverter)¢基本拓扑结构：¾非隔离型：Buck，Boost，Buck-Boost……¾隔离型：Forward,Flyback,Hal

2、fBridge,FullBridge,Push-Pull¾整流型：全桥型整流全波型整流同步整流(SR)On-Brightconfidential3开关电源简介¢调制方式¾PWM(pulsewidthmodulation)¾PFM(pulsefrequencymodulation)¾其它衍生调制方式¢控制模式¾电压模式¾电流模式¢开关电源系统可分为两大块¾负反馈回路(feedbackloop)¾保护功能(OVP,OCP,OTP……)On-Brightconfidential4开关电源系统基本组成部分(VoltageModePWMSyste

3、m)On-Brightconfidential5开关电源环路分析和设计流程¢确定环路基本组成模块，辨认环路。¾EA(erroramplifier)¾Compensationnetwork¾PowerStage¾PWMStage¢画出环路的信号流程图,确定环路的小信号传输函数¢确定环路的带宽,设计补偿网络¢根据实际应用，设计和调整外围参数On-Brightconfidential6开关电源环路的小信号传函¢EA(例如TL431)及其补偿网络的传函¢PWMStage传函¢PowerStage传函(可参考[1])¾CCMsmallsignal

4、model¾DCMsmallsignalmodel¢考虑斜率补偿后的Powerstage传函On-Brightconfidential7Flyback系统控制流程图On-Brightconfidential8TL431及其等效模型On-Brightconfidential9PowerStage小信号模型建立流程1.建立PowerStage中电感，电容等器件的时域微分方程组2.对方程组作状态空间平均化(statespaceaveraging)，也就是对一个开关周期内作平均3.微扰(perturbation)，即对方程组作小信号扰动4.对方

5、程组作线形化(linearization)5.得到等效的小信号模型On-Brightconfidential10FlybackPWMStage小信号模型(CCM)sLDmΛ(1+RCs)(1−)Vo122v(s)gnRo(1−D)≈¢PowerStage传函:ΛnD'2LLCd(s)so11+s+s2'22'2nDRnDo22nR(1−D)w=o¢系统右半平面零点:rzLDm1¢负载电容ESR零点:wz=RCo1On-Brightconfidential11PWMStage的小信号建模¢写出时域方程V()t()c()dt=for0≤Vt

6、≤VcpkVpk¢微扰和线性化⎧⎪())()vt=V+vt⎪ccc⎪)⎨d()t=D+d()t⎪)V+v)()t⎪()ccD+dt=⎪⎩Vpk¢直流方程组、交流小信号方程组)V)vc(t)D=cd()t=VVpkpk))Vc+vc(t)D+d(t)¢PWMStage小信号模型On-Brightconfidential12考虑斜率补偿后的PowerStage传函¢电流模式工作的PWM系统的电压环路内嵌入一个局部的电流环，从而改善系统的瞬态响应¢电流模式PWM系统当D>50%时，存在Sub-harmonic震荡¢斜率补偿能够消除此震荡¢电流

7、环小信号模型On-Brightconfidential13考虑斜率补偿后的PowerStage传函(CCM)¢采用电流模式控制，等效在电压环路内引入超前相位补偿，相当于引入微分函数He(s):sTsH(s)=esTes−1On-Brightconfidential14考虑斜率补偿后的PowerStage传函(CCM)¢CCM模式Flyback的斜率补偿Vgm=1LnVom=2LmnV2m==korr22L¢Fm:1F=m()m+mT12sOn-Brightconfidential15考虑斜率补偿后的PowerStage传函(CCM)sL

8、DmΛ(1+RCs)(1−)nRVo122()v(s)ognRo(1−D)Gs=≈ΛCRsv(s)(2nVo+Vg)Rsense1+0FB1+D¢存在一个与负载等效电阻有关的滤波极点¢存在一个电容ESR引起