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反激式开关电源的环路补偿设计与应用

摘要反激式开关电源工作的稳定性与其反馈环路有很大的关系，若反馈环
路系统没有足够的幅值、相位裕度，开关电源工作将会不稳定且出现输出振荡。

文章基于TNY278芯片开关电源的环路补偿设计为例，详细分析了其环路补偿电
路，根据分析验证，总结出该方法不仅能有效控制整个环路的稳定性而且可以降

低输出振荡，满足设计要求。

关键字反激式开关电源相位裕度幅值裕度环路补偿穿越频率

Designandapplicationofloopcompensationforflybackswitching

powersupply

YEZhenxiongXUWenyiCHENYouzhangMAZhengxian

(TCLairconditioner(Zhongshan)Co.,LtdZhongshan,Guangdong

528427)

AbstractThestabilityofflybackswitchingpowersupplyis
closelyrelatedtoitsfeedbackloop.Ifthefeedbackloopsystemdoes
nothaveenoughamplitudeandphasemargin,theswitchingpowersupply
willbeunstableandoutputoscillationwilloccur.Basedonthe
TNY278chipswitchingpowersupplyloopcompensationdesignasan
example,detailedanalysisoftheloopcompensationcircuit,according
totheanalysisandverification,summedupthemethodcannotonly
effectivelycontrolthestabilityofthewholeloop,butalsoreduce

theoutputoscillation,meetthedesign.

KeywordsFlybackswitchingpowersupplyPhasemarginAmplitude

marginLoopcompensationCrossingfrequency

引言
随着半导体行业的发展，开关电源的应用场合不断拓宽。其中以反激式开关
电源为例，其拓扑结构简单、电路损耗小等优点在小功率以及有多路输出的场合
得到了广泛地应用。开关电源的反馈环路设计是整体设计的一个重要环节，在反

馈环路设计中，常常采用光耦PC817和稳压管TL431相配合的模式，对输出电压
进行采样、隔离和放大后输送至控制芯片，构成负反馈环路。由实验法确定的动

态补偿参数往往缺乏通用性，不能运用于其它具有不同要求的开关电源设计中[1]。

文章以PITNY278芯片为例，基于PC817和TL431配合的环路补偿设计，对环路
进行分析计算，设计可靠的补偿环路满足开关电源稳定性，并实验验证该方法的

可行性和通用性。

一、反馈环路稳定性标准以及穿越频率的选定

1.稳定性标准

开关电源反馈环路的稳定性往往用相位裕量和增益裕量两个参数来进行衡量。

工程实际应用中，要求系统的总增益在穿越频率处的斜率应为-20db/dec，截止
频率的相位裕量大于45°。若按照此要求进行设计，不仅可以在预定的工作情况
下满足稳定条件，而且当环境温度发生变化或者负载突变的情况下也都能满足输

出电压的稳定性。

2.穿越频率选择

穿越频率在环路补偿中是一个很重要的参数，即幅值特性曲线通过0db时所
对应的频率。理论上来讲，反馈环路的穿越频率不能超过开关频率的1/2，而工
程上的选取往往为开关频率的1/10左右，这样的选取方式主要是依据了奈奎斯

特定理[2]。

二、电流环路常用的补偿方式

常用的环路补偿方法有三种，分别为单极点补偿、零极点补偿、单零点、双

极点补偿。

单极点补偿方式，传递函数为G(s)=1/sR1C，此补偿方式主要适用在电流型
控制以及工作在DCM并且滤波电容的ESR频率比较低的电源里。主要原理在于把
第1个极点与其余的极点距离拉开，使相位达到180°以前使其增益降到0db。

补偿后的最大带宽小于补偿前第1个极点的带宽[3]

零极点补偿方式，传递函数为G(s)=1+sR2C/sR1C，也是开关电源反馈环路中
比较常用的补偿方式，这种方式最大的优势在于其极点相当于主极点补偿中的极
点，而零点则把补偿前的第一个极点抵消，这时候的带宽最大，可以达到补偿前

第二个极点的带宽，这样既达到了主极点补偿的效果，又增加了带宽。

单零点、双极点补偿方式，此补偿方式适用于功率部分