电压型控制Buck变换器的补偿器设计

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1、电压型控制Buck变换器的补偿器设计电压型控制Buck变换器的补偿器设计张兴柱博士（一）：电压型控制Buck变换器的原理图和小信号传递函数框图VgSLRVovˆg(s)LG(s)vgRCiˆo(s)vˆo(s)dDCRZout(s)Gvd(s)Rf1驱动器dˆ(s)HVoFmFmRf2Z2Z1vˆref=0vˆe(s)vˆc(s)Gc(s)VcVm补偿器VrefTsH(s)（二）：电压环闭合后的输出电压小信号方程：Gvg(s)Zout(s)vˆo(s)=vˆg(s)-iˆo(s)1+T(s)1+T(s)其中：T(s)=H(s)

2、´Gc(s)´Fm´Gvd(s)--电压环的环增益Rf2VrefH(s)=--反馈取样传递函数。在稳压系统中，H(s)==常数Rf1+Rf2VoZ2(s)Gc(s)=--待设计的补偿器传递函数Z1(s)dˆ(s)1Fm==--PWM调制器的传递函数，在电压型控制中，它为常数vˆc(s)Vm1+swzcGvd(s)=Vg--功率级的输出电压对占空比的开环传递函数221+sQw0+swo1+swzcGvg(s)=D--功率级的输出电压对输入电压的开环传递函数221+sQw0+swo也称电压音频隔离度（Audio）(1+swzL)(

3、1+swzC)Zout(s)=RL--功率级的输出电压对负载电流的开环传递函数221+sQw0+swo也称输出阻抗（OutputImpedance）11RL1其中：w0=，Q=，wzL=,wzC=LCw0[LR+(RL+RC)C]LRCC1电压型控制Buck变换器的补偿器设计（三）：电压型控制Buck变换器的补偿器设计输入（1）：输入电压范围：Vg=Vgmin~Vgmax；（2）：输出负载范围：Io=Iomin~Iomax；（3）：输出电压：Vo；（4）：开关频率：f=fs；（5）：基准电压：Vref；（6）：外部斜波的幅度：

4、Vm；（7）：环增益的带宽：fc；（8）：环增益的相位裕量：Fm；（9）：在输入2倍源频时的闭环Audio：a=20logGvg-c(f=2fline)dB；（10）：满足稳态纹波要求等的实际滤波参数：L，C；（11）：在稳态指标达到要求后，测试的寄生参数：RL，RC。（四）：电压型控制Buck变换器的补偿器设计步骤第一步：选择输入低限、满载为补偿器设计的稳态工作点，即Vg=Vgmin，Io=Iomax计算下面各数据：VoD=Dmax=，h1为变换器在低限满载下的功率级效率Vgmin´h1VoR=Rmin=，为变换器的最小负载

5、电阻Iomin第二步：计算未加补偿器时的环增益Tu(s)：Tu(s)=H(s)´Fm´Gvd(s)对于Buck变换器，可写成下列标准形式：1+swzCTu(s)=Tu0221+sQw0+swoVref1其中：Tu0=H´Fm´Gvd0=´´VgminVoVm第三步：绘制未补偿环增益Tu(s)的Bode图（渐近线）幅频特性：20logTu(s)，相频特性：ÐTu(s)12Q其中：K=102电压型控制Buck变换器的补偿器设计20logTu(s)ÐTu(s)40dB20dB20logTu020logQf00dB-20dB90°fz

6、Cf0/K-40dB0°10fzC-60dB-90°-80dBfzC/10Kf01Hz10Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz第四步：设计补偿器Gc(s)（1）：选择补偿器的传递函数为：wI(1+swz1)(1+swz2)Gc(s)=s(1+swp1)(1+swp2)（2）：取fp1=fzC[即用补偿器的第一个极点去抵消未补偿环增益Tu(s)的ESR零点]（3）：取fp2³10fc[即将补偿器的第二个极点放在10倍带宽以外]（4）：根据2fline处的闭环Audio要求：a（dB），求fI2fline´Gvg0

7、Vref1fI=，其中：Gvg0=Dmax，Tu0=´´Vgmina20Tu0´10VoVm（5）：根据环增益的带宽fc和相位裕量Fm，求fz290-Fmfc45fz2=´1010（6）：根据下式，求fz12fI´fofz1=Tu0fz2´fc（7）：绘制加补偿Gc(s)后的环增益T(s)的Bode图（渐近线）幅频特性：20logT(s)，相频特性：ÐT(s)T(s)=Gc(s)´Tu(s)3电压型控制Buck变换器的补偿器设计20logT(s)ÐT(s)40dBfp1fp220dBfz1fz220logTu0Af0fc0dB

8、fI-A-20dB90°10fz10.1fp210fz20.1fp1-40dB0°f/KfzC10fp100.1fz210fz2-60dB-90°0.1fz145°10fzCFmKf0-80dB0.1fzC10fp21Hz10Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MH