開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(七)

大家好，這里是大話硬件。

在前面的文章中，已經(jīng)分析了控制級(jí)和功率級(jí)的傳遞函數(shù)，這一節(jié)咱們來分析反饋級(jí)的傳遞函數(shù)。

在分析反饋網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)之前，我想，應(yīng)該有幾個(gè)問題需要做一下介紹。

1. 功率級(jí)和控制級(jí)傳遞函數(shù)說明了什么？

根據(jù)前面的傳遞函數(shù)的表達(dá)式可知，帶有兩個(gè)阻抗L，C元件的傳遞函數(shù)，在轉(zhuǎn)折頻率以后，在增益上斜率為-2，表現(xiàn)為-40dB/dec的特性，在足夠?qū)挼念l率范圍內(nèi)相位偏移達(dá)到-180°。

這樣的性質(zhì)說明兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）傳遞函數(shù)會(huì)以較快的頻率（-2斜率）穿過0dB；

（2）相位會(huì)到達(dá)-180

下面仿真的不同負(fù)載電阻條件下，LCR 電路的波特圖，從結(jié)果可以看出，只要是LC的值確定，轉(zhuǎn)折頻率確定，諧振峰的大小和負(fù)載電阻有關(guān)系。 在轉(zhuǎn)折頻率處相位會(huì)有突變，增益會(huì)以-40dB/dec的特性降低。

2.零點(diǎn)和極點(diǎn)的作用

左邊平面零點(diǎn)會(huì)使增益以+20dB的斜率上升，相位增加90度。

左邊平面的極點(diǎn)會(huì)使增益以-20dB斜率下降，相位減少90°

3. 什么樣的開關(guān)電源是穩(wěn)定可靠的？

講了這么久，我們一直在說開關(guān)電源要穩(wěn)定，到底什么樣的電源才算是穩(wěn)定的呢？

在此之前其實(shí)也給大家分析過，判斷一個(gè)電源穩(wěn)定與否，除了測(cè)試，我們就只能使用數(shù)學(xué)的工具來判斷是否穩(wěn)定。

因此，在評(píng)定開關(guān)電源穩(wěn)定性時(shí)，會(huì)用下面這兩個(gè)條件來評(píng)定開關(guān)電源是否穩(wěn)定。

增益裕度：GM一般需6dB的增益裕量；

相位裕度：PM一般需要45°的相位裕量；

斜率要求：為防止-40dB/dec增益斜率，相位變化太快，增益曲線穿過0dB的時(shí)候，最好是以-20dB/dec；

從上面3個(gè)條件可以看出，增益有要求，斜率有要求，相位也有要求。

上面的要求，是不是有點(diǎn)像大家看到的找對(duì)象要求：身高>180，體重<150，一般這兩條很難滿意，往往會(huì)再加上幾條。

開關(guān)電源也是這樣，其實(shí)增益裕度和相位裕度已經(jīng)可以保證電源穩(wěn)定，但是環(huán)境中存在的不確定性太多，增加的條件越多，開關(guān)電源就越穩(wěn)定。

4. 開關(guān)電源環(huán)路補(bǔ)償其實(shí)不算難

分析到這里，其實(shí)環(huán)路補(bǔ)償這件事，說難，也不難，說簡(jiǎn)單也很難。

簡(jiǎn)單的原因：

首先，我知道判斷一個(gè)電源是否穩(wěn)定的要求是什么，上面列出了3條；

其次，我求出了控制級(jí)和功率級(jí)的傳遞函數(shù)，剩下就是用補(bǔ)償環(huán)路補(bǔ)償一下；

最后，使整個(gè)環(huán)路保持穩(wěn)定，滿足要求。

說難的原因：

開關(guān)電源的拓?fù)浞N類眾多，補(bǔ)償環(huán)路形式多樣；

開關(guān)電源是模擬和數(shù)字的混合電路，不同需求，環(huán)路補(bǔ)償要求不一樣；

目前沒有通用的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)需要差異化；

像不像還在找對(duì)象的你，說難吧，你就是需要認(rèn)識(shí)一個(gè)異性而已； 說不難吧，要認(rèn)識(shí)自己滿意的，是不是對(duì)你來說，又有些難.

5.電壓型和電流型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

上面通過實(shí)際的分析和拆解，把電源環(huán)路分析這件事看成是實(shí)際和標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，是不是簡(jiǎn)單很多。

目前用的比較多的環(huán)路補(bǔ)償主要有電壓型和電流型兩種，其中電壓型有3種，分為I型，II型，III型，電流的也有3種和電壓的基本一致。

電壓型補(bǔ)償拓?fù)淙缦拢?/p>

電流型補(bǔ)償拓?fù)淙缦拢?/p>

6. 三種類型電壓補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)介紹

在往下繼續(xù)讀之前，我想你肯定在很多場(chǎng)合聽過電壓補(bǔ)償有3型，分別是I型，II型，III型。 下面我們對(duì)3個(gè)類型進(jìn)行詳細(xì)分析。

I型

下面這個(gè)拓?fù)渚褪荌型，推導(dǎo)它的傳遞函數(shù)

在推導(dǎo)傳遞函數(shù)時(shí)，需要區(qū)分直流和交流分析，直流分析的時(shí)候，反相端電壓是Vref，但是進(jìn)行交流分析的時(shí)候，直流電壓等效為0，這個(gè)位置我在剛學(xué)習(xí)的時(shí)候，也有些困惑，需要重點(diǎn)理解一下。

所以I型的傳遞函數(shù)為：

在實(shí)際使用的時(shí)候，I型的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在Z2的位置會(huì)放置電容，在Z1的位置會(huì)放置電阻。

根據(jù)零極點(diǎn)的定義，可知I型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)零極點(diǎn)，穿越頻率為：

在穿越頻率處提供了-90°的相位，增益以-1的斜率穿過0dB

上述仿真的現(xiàn)象和理想中零極點(diǎn)不一樣，考慮是LTspice器件模型非理想，換軟件仿真

零極點(diǎn)在穿越0dB的時(shí)候，斜率-1，相位-90°，這個(gè)看起來更符合零極點(diǎn)的波特圖。

II型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

傳遞函數(shù)：

可見II型的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)零點(diǎn)，一個(gè)零極點(diǎn)，一個(gè)極點(diǎn)。

III型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

可見III型的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)提供了兩個(gè)零點(diǎn)，一個(gè)零極點(diǎn)，兩個(gè)極點(diǎn)。

以上就是電壓型不同類型的傳遞函數(shù)，下一節(jié)分析電流型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。

目前這些內(nèi)容在一起可能會(huì)讓大家有些不知所措，不要擔(dān)心，后面會(huì)把前面所有的內(nèi)容串聯(lián)起來，總結(jié)出一套環(huán)路補(bǔ)償?shù)牟襟E供大家使用。