开关电源光耦反馈控制环路的稳定性设计

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1、第16卷第6期Vol.16No.62013年6月POWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONSJune.2013开关电源光耦反馈控制环路的稳定性设计沙占友，马洪涛(河北科技大学，河北石家庄050054)摘要：首先介绍对光耦反馈控制环路的基本要求，然后详细阐述光耦反馈控制环路的稳定性设计，包括设计方法、步骤及典型示例；最后给出提升相位裕量的设计实例。关键词：光耦；反馈控制环路；稳定性设计；波特图；相位裕量SwitchingPowerSupplyOptocouplerFeedba

2、ckControlLoopStabilityDesignSHAZhan-you，MAHong-taoAbstract:Lightdecoupingfeedbackcontrolloopwasintroduced,thebasicrequirementsoftheopticalcohpling,thestabilityofthefeedbackcontrolloopdesignhasbeenexpressed,includingthedesignmethods，designedsteps，andatypic

3、alexample.Finallyenhancedphasemargindesignexamplesgiven.Keywords:optocoupler；feedbackcontrolloop;stabilitydesign;sodeplots;phasemargin中图分类号院TN86文献标志码院A文章编号院0219-2713(2013)06-0052-051对光耦反馈控制环路的基本要求环路增益及相位并进行稳定性分析提供便利条件遥波特图中的增益曲线袁反映的是开关电源主回路(亦开关电源的光耦反馈控制环路简

4、称反馈环路袁称功率级)和光耦反馈控制环路(亦称反馈级)这两大其作用是控制输出电压使之在所有情况下都能保部分电路对不同频率信号的总放大能力遥波特图上持稳定遥反馈环路的设计也直接关系到开关电源的的交越频率袁亦称交叉频率或穿越频率袁它表示幅电压调整率尧负载调整率尧瞬态响应等技术指标遥频特性曲线(简称增益曲线)穿越0dB线的频率点遥利用幅频特性曲线和相频特性曲线即可合并当传递函数中的分母为零时会产生一个极点袁它对成一幅波特图(BodeDiagram袁亦称伯德图)袁其增益应于波特图上增益以20dB/10倍频程的斜率

5、开始和频率的坐标均采用对数刻度袁相位则采用显性刻递减时产生的极点遥在频域范围内袁当传递函数的度遥开关电源的波特图示例如图1所示袁可为计算分子等于零时会产生一个零点袁它对应于在波特图上增益以20dB/10倍频程的斜率开始递增的点袁并收稿日期：2012-12-24-52-技术与应用出电压的取样电阻遥CF1为补偿电容遥RF3为环路增益调整电阻遥由RF4尧CF2构成相位提升网络(可选件)遥该开关电源的一次侧绕组电感LP越827滋H袁二次侧等效电感LE越41滋H袁输出滤波电容的等效串联电阻RESR越33m赘袁工作占

6、空比D越0.55袁输出负载阻抗RO越3.2赘遥设计中不必考虑后置滤波器的谐振频率对环路响应的影响袁因为只要合理设计后置滤波器袁使其谐振频率大于10kHz即可遥图1开关电源的波特图示例伴有90毅的相位超前遥衡量一个反激式开关电源稳定性的指标是增益裕量和相位裕量袁即电源变为不稳定状态之前可容忍的增益尧相位范围遥具体讲袁增益裕量是相位准越原180毅时的增益(实际为衰减)袁即从0dB到原G(dB)的数值袁图1中的驻准表示相位差遥相位裕量是增益降到0dB(G越0dB)时的相位袁即从准(度)到原180毅的数值遥为使开

7、关电源达到稳定状态袁必须设计反馈环图2光耦反馈环路的基本结构路的增益裕量和相位裕量遥当G越0dB时袁以相位滞后原180毅作为临界点袁若相位滞后超过原180毅袁开关电2.1设置反馈环路的性能参数源就会变得不稳定遥通常情况下袁反馈环路的设计(1)计算预期的右半平面零点(简称RHP零点)应该有一个最低的6dB增益裕量和45毅相位裕量遥频率fRHP遥推荐的最低增益裕量为10dB(取绝对值)袁最低相位反激式开关电源工作在连续导通模式(CCM)裕量为60毅(取绝对值)袁且最大相位裕量不得超过原时袁其传递函数中包含一个

8、固有的右半平面(RHP)180毅遥这样才能在环境温度变化或负载发生瞬态变零点遥当负载电流增加时袁就需要增加高频变压器化时袁确保开关电源能长期稳定地工作袁避免因误一次绕组的电流遥反激式开关电源必须提高占空比差放大器出现饱和尧反馈环路自激振荡等故障而破以实现这一目标遥由于输出电流仅在功率开关管坏系统的稳定性遥(MOSFET)关断尧输出整流管导通时才能流至负载袁而开关频率是固定的袁因此提高占空比势必会增加2光耦反馈控制环路的稳定性设