开关电源的环路补偿(2017电源网交流会)

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1、廖鸿飞alex.liao@hotmail.com广州2017.7.1提纲1.反馈环路的作用2.系统性能指标3.2、3型补偿的方法4.光耦与431反馈回路的补偿5.小结反馈环路的作用对于一个开环系统VVoutin增益GVGVoutinVGVoutin开环系统无法抑制扰动的影响反馈环路的作用引入反馈后R()s+eCs()‐增益G补偿HGG()s()sCs()R(s)Cs()R(s)1GH()()ss1GH()()ss闭环系统可以有效衰减扰动的影响，降低系统的灵敏度反馈环路的作用Gvd电源系统Gc

2、H电源系统控制框图Vref+VerrVcd主功率Vo‐补偿GCGPWMGvd反馈H反馈环路的作用V+Voref电源系统控制框图增益G‐GsG()GsGs()()PWMcvd反馈H闭环传递函数：开环传递函数：VGs()Gs()oHTsG()(s)H(s)=GsGs()()VG1(s)(HsT)1(s)vdcrefVm闭环系统不稳定条件：1+()=0TsTs()1oTs()180系统稳定性要求相角裕度：穿越频率对应的相位值与-180°的差值幅值裕度：当相位穿越-180°时对应的幅度值系

3、统性能指标时域指标：闭环频域指标：开环频域指标：c(t)M()c(tp)－c(∞)穿越频率c(t)p允许偏差±5％(或±2％c(∞))谐振峰值Mc(∞)rM(0)相位裕度0.707M(0)Otrttpts带宽0rb时域闭环频域开环频域稳态稳态误差零频幅值低频增益调节时间带宽穿越频率动态超调量谐振峰值相位裕量开环频域特性要求1.高的低频增益，带来足够的输出控制精度o2.相位裕量453.幅值裕量3dB4.合适的穿越频率，良好快速的动态响应补偿工具由于电源主功率级往往达不到所期望的开环频域特性要求，因此需要进

4、行补偿。根据主功率级传递函数的特性，主要有1,2,3型补偿3型补偿(3sCR(13R)1)(221sCR)3型补偿常用于电压Gs()(12)(331sRCsCR)(211sRC)控制型电路的补偿，1也称为双零点双极点fz12(13RRC)3补偿。1fz2222RC1fp0212RC1fp1233RC1fp2221RC3型补偿影响系统的穿越频率fp0fp1抵消ESR零点的影响ffz1fp2设定在z2穿越频率2倍以LC滤波上，提高高频器双极抑制能力点附近，其位

5、置影响相位裕度3型补偿3型补偿中各元件的作用R1R2R3C1C2C3P0影响影响P1影响影响P2影响影响Z1影响影响影响Z2影响影响3型补偿实例现有一BUCK，VVin24，VVo12Io5Afs100kHzLu30HCuo22FESR11CESRso由传递函数GsV()inL21+sLCsR405022.7135.86420低频增益0太低050穿越频率M.vd()f()f太高201004015051.5271806034567110100110110110110

6、1101f7103补偿网络设计1.确定穿越频率一般将穿越频率设置在（1/5~1/20）fs处fsf10kHzc102. 设置零点位置补偿的双零点位于双极点附近，补偿的零点频率越低，相位裕度越大。由于系统的双极点位于6kHz处，因此可以将第一个零点设置在双极点的1/2处，另一个设置在双极点处。f3kHzfk6Hzz1z2补偿网络设计3. 设置极点位置一个极点用于抵消ESR零点的影响，因此频率为ESR零点和电容形成的频率点。另一个极点通常设置为穿越频率的两倍频率处，用于提高系统的高频抑制能力。1fk=7.2

7、Hzp12ESRCoff220kHzpc2补偿网络设计4. 确定穿越频率点所需的增益通过计算补偿零极点后的增益曲线在穿越频率点的增益，计算所需补偿的增益，从而确定初始极点位置系统在穿越频率处的增益M20log(GfGf()()sysvdccc-Msys系统所需补偿的增益K=1020=3500K系统的初始极点频率f=557Hzp02补偿网络设计5. 补偿后的曲线100068.89838.71650500M()f()f.total_sys.sys10050100150114.9831

8、80150345671101001101101101101101f710oPM=49.969补偿网络设计6. 确定电路参数设：R=10k11Cn=27F2Rf（2)10p1Rk=1.82Cf（2)21z1Cn=2.7F3Rf（2)f3kHz12zz1f6kHzRk=81.2z23Cf（2)f557Hz31pp0f7.