稳定地反馈环路对开关电源来说是非常重要地.doc

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1、稳定的反馈环路对开关电源来说是非常重要的，如果没有足够的相位裕度和幅值裕度，电源的动态性能就会很差或者出现输出振荡。下面先介绍了控制环路分析里面必须用到的各种零，极点的幅频和相频特性；然后对最常用的反馈调整器TL431的零，极点特性进行分析；TOPSWITCH是市场上广泛应用的反激式电源的智能芯片，它的控制方式是比较复杂的电压型控制，为了方便一般使用者，内部集成了一部分补偿功能，所以很多工程师不清晰它的整个环路，最后运用上面的理论分析一个TOPSWITCH设计的电源，对它的环路的每一个部分进行了解剖，可以使工程师更好地应用TOPSWITCH及解决设计中遇到的环路问题。波特图是分析开关电源控制环

2、路的一个有力工具，它可以使复杂的幅频和相频响应的计算变成简单的加减法，特别是使用渐近线近似以后，只需要计算渐近线改变方向点的值。增益按-20dB/10倍频程下降,相位近似按-45°/10倍频程下降。最大相移为-90°增益按20dB/10倍频程上升,相位近似按45°/10倍频程上升，最大总相移为90°右半平面零点是反激和BOOST电路里面特有的现象。增益按20dB/10倍频程上升，相位近似按-45°/10倍频程下降，总相移为-90°,右半平面零点是几乎无法补偿的，做设计时尽量把其频率提升或降低带宽。Q值是电路的品质因数，过了谐振点后，增益按－40dB/10倍频程下降,相位依Q值的不同有不同的变化

3、率，Q值越大，相位变化越剧烈，在谐振点相位是-90°,最大总相移为-180°Q值是电路的品质因数，R2是负载电阻，R1是电感的电阻，电容的ESR,整流管内阻，和代表磁心损耗和漏感损耗的合成电阻。大部分的AC/DC电源，由于损耗较高，一般Q值很难大于3.当Q值较低时(Q<<0.5)，双极点响应会退化为两个单极点响应，如上图所示。TL431用输出供电时的零，极点特性TL431是开关电源次级反馈最常用的基准和误差放大器件，其供电方式不同对它的传递函数有很大的影响，而以前的分析资料常常忽略这一点。下面分析常见的供电和输出反馈接在一起时的传递函数。从上面的公式可以看到，在输出直接给431供电的情况下，零

4、点的位置在，即使没有R，只接一个C的情况下，零点还是存在，如果R1远大于R，零点的位置主要有反馈网络的上分压电阻决定。为了抑制输出的开关纹波，有时在后面加一个LC滤波，如下面TOP245Y电源的L2,C8，其谐振频率一般大约为开关频率的1/10－1/20左右，这个频率通常远大于反馈回路的带宽，其影响可以忽略.下面我们将用上面的基础知识来分析一个典型的TOPSWITH电源的控制环路，这是一个宽范围输入，12V/2.5A输出的一个反激电源，原理图如下：下面为反激电压方式的反馈环路图：其开环传递函数为K=(Kmod*Kpwr*Klc*Kfb)*Kea=K1*KeaKpwr是功率部分，Klc是输出LC

5、滤波部分，Kfb是反馈分压部分，Kea是反馈补偿部分和光耦部分，Kmod是调制器部分，在做补偿设计以前，先计算出除Kea外各自部分的频率特性，然后计算出K1=Kmod*Kpwr*Klc*Kfb的频率特性，根据实际情况确定出需要的设计目标Kea,然后通过设计TL431的相应补偿来完成Kea的要求。结合上面的原理图我们来计算在115VAC输入时各个部分的数值。已知数值：Vin=135V,Vout=12V,C6,C7ESR=50mΩ,负载R=4.8Ω，η＝81％由[2]可知：Np=58T,Ns=6T,Lp=827uH,Vor=120V,Vds=5.2VVor是次级反射到初级的电压，Lp为初级绕组电感

6、，Ls为次级绕组电感，D为占空比。功率部分和输出LC滤波部分小信号传递函数[3]fz2是右半平面零点的频率，此频率随负载R，电感Ls,和占空比D而变化，在此设计中频率是48k,高压时频率更高，AC/DC反激的带宽通常只有几k,远小于此频率的1/4,不会对控制带宽设计产生影响。Q值的确定，在开关电源里面要经过试验来确定。由于次级绕组的损耗，漏感的损耗，电容ESR的损耗及整流管内阻的损耗等，一般AC/DC电源，Q值相当低，在此电源中约0.15,由于Q＝0.15<<0.5,LC振荡转变为两个双极点：ωP1=Q*ωO=0.15*4920=738;fo1=ωP1/(2π)=117HzωP2=ωO/Q=4

7、920/0.15=32800;fo2=ωP2/(2π)=5.22kHz把上述各个值带入公式(1)得到Kmod部分小信号传递函数Kmod是PWM部分的传递函数，TOPSWITCH是个高度集成的功率芯片，除了传统的PWM比较器外，芯片还外接启动用的电容和电阻，其必然对环路有影响，另外内部集成了一个7K的极点。Kmod，即TOPSWITCH部分的传递函数为：DCreg是PWM部分的直流增益，由[4]查出