开关电源负反馈环路的设计.pdf

开关电源负反馈环路的设计

司振范

管Q．的导通、截止，将Vjn变成高频方波电
摘要
压此电压经变压器降压后，再由二极管
D、D整流，经L—C滤波，最后输出所需要
本文运用自动控制原理分析了开关电源
的平滑的电压V。
工作状态，使电源稳定工作的方法、积分环
取样网络从输出端取出部分电压加到误
和微分环的设计及元件的选择。
差放大器反相输入端，与基准电压比较。放

一
、开关电源的工作原大后，加刊脉冲形成电路，与三角波电压相
比较，形成宽度可调节的脉冲方波，经功率
理及等效电路放大后，驱动开关管q，从而保证了在外电
本文所分析的开关电源是将市电(单相压及负截变动时输出电压V。基本恒定。
或三相)，先直接整流张波，再利用高频变
换技术，得到我们需要的直流电压，由于它二、开关电源环路的增
工作频率都在20KHz以上，所需滤波电感．益和相移
电容元件都很小。因此，开关电源具有体积
在直流电平时，输出电压相位是与输入
小．重量轻、效率高．无可闻噪音等许多优
相位相反的即相差一180‘，在稳压电路中．
点。
由于电感、电容等元件在不同的频率时，会
开关电源，无论是推挽式半桥、全桥
引入不同的相移。若相移达到一180。时，输
式、或单端正激式，其等效电路均可由图l
出与输入的相位差就为(一180‘)+(～l80。)
表示
=360。=0，即由原来的负反馈变成了正反
馈若环路此时的增益仍太子1．即大于odB，
根据自动控制原理可知道此时环路是不稳
定的会产生振荡因此有必要对开关电源
环路的增益和相移进行分析，求出使其正常
工作的条件。
我们采用的方法是，首先求出各部分的
增移和相移，然后求出总的增益和相移再
对某些环节进行校正．使环路达到稳定。
图l开关电源等效电路
1．取样网络的增益和相移
市电整流后电压为Vin，经L1一C1滤波
加到变换器输入端。脉宽调制信号控制开关取样网络见图2其传递函数为

～5

SR+1)一
ll(Rs+)+Ra×
R

Hl(s，i

R‘

!±±一SR~Ca)，c

+s-c。t∞
岵t‘·
令S=j∞=j2af；f2—1／2"=RC，(o点频率)电
毛
(芊)c

=(旦一fz=K·fz(极点频率)

(盘)(十j()]图4取样网络的相频曲线f／fz
⋯n、=

=(一)c器)(j
根据公式(1)，进行
适当的座标变换，利用计
算机可绘出fP／fz不同值
陶5误差放大器
时一族取样网络的幅颇、
相颇曲线，如图3和圉2．误差放大器的增益丰u柑移
所示。
误差放大器的传递函数为
图2取样网络
H4(S)：-～Zfb由于Z
从图3可以看出，取样阿络的增益与fPl：H
／fz比值有关，且随着频率升高增益增大．从
f2开始，增益以％6dB／8倍颇斜率上升。过Ra(Rz+击)
fP以后，增益不再增大。从图4可以看出，
取样阿络的相移为正(超前)，也与fP／fz比Ra+(R1)
值有关，随着颏率上升。超前角逐渐增大，到
Zfb=R(1+SR2C2)
达最大角度后，随着频率升高，逐渐减少趋
l+S(R2+R3)C2
近于0’。
s=

～e～

夸S=j∞=j2fz=1／2R!C：；fpLt较图3和图6，围4和图7可阻看出
i／2a(Rz+R)C误整放大器的幅额相频曲线，是取样网络
l殳’fz—I,f2nR2C=(R+R)／2ⅡR!c2幅频相频曲线的镜像”曲线。
㈤．()3．脉宽调制器的增益和相移
(){崔j“(f脚／fz)比较器jc将彦自误差放大器的电压Va
九va
R
一()[吐J朋
fa)
再根据公式(2)，可以绘出误差放大
器的幅频曲线圈6及相频曲线图a
一一
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、高
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稔^“一I+L：l叫一￡；

fC】!
由图6可以看到，幅额曲线在频率为0
图8脉宽调制电路
到fp段为一条水平直线，过极点频率fp以后，
以一~dt／8倍颓斜卑卞降，过0点频率精，与三角波电压相比较，输出一个宽度可调的
脉冲电压。
增益不再下降成水平直线。
由于：Vo=Vin1o—n

所以AV。vi垒璺

毫
幂

一：!迫(无变压器时)
△TOnT⋯⋯⋯
若变压器初次级匝比为n1

=

图7诶差放大器相频曲线f／fp又根据lit8(b)可得：
从图7也可以看出，宦的相移是负值滞垒!!：’
AVaVp
后角，随着频率上升相移逐渐增大，达到最．
大相移角后，随着频率上升，相移角度逐步瓮=(煳
减小最后趋向0。。

一
从图6和图7还可以看出它们的增益和等嘉一’(3)
相移还与fp／f谢值梏关即脉宽调崩器的墙益为

ViLC滤波器的幅频曲线和相频曲线，如图J0和
G=2o
nvpn)图1l所示
(Vin为输入电压，Vp为三角波电压峰从图