開關電源控制環路如何設計

1. 緒論

　　在開關模式的功率轉換器中，功率開關的導通時間是根據輸入和輸出電壓來調節的。因而，功率轉換器是一種反映輸入與輸出的變化而使其導通時間被調制的獨立控制系統。由于理論近似，控制環的設計往往陷入復雜的方程式中，使開關電源的控制設計面臨挑戰并且常常走入誤區。下面幾頁將展示控制環的簡單化近似分析，首先大體了解開關電源系統中影響性能的各種參數。給出一個實際的開關電源作為演示以表明哪些器件與設計控制環的特性有關。測試結果和測量方法也包含在其中。

　　2. 基本控制環概念

　　2.1 傳輸函數和博得圖

　　系統的傳輸函數定義為輸出除以輸入。它由增益和相位因素組成并可以在博得圖上分別用圖形表示。整個系統的閉環增益是環路里各個部分增益的乘積。在博得圖中，增益用對數圖表示。因為兩個數的乘積的對數等于他們各自對數的和，他們的增益可以畫成圖相加。系統的相位是整個環路相移之和。

　　2.2 極點

　　數學上，在傳輸方程式中，當分母為零時會產生一個極點。在圖形上，當增益以20dB每十倍頻的斜率開始遞減時，在博得圖上會產生一個極點。圖1舉例說明一個低通濾波器通常在系統中產生一個極點。其傳輸函數和博得圖也一并給出。

　　2.3 零點

　　零點是頻域范圍內的傳輸函數當分子等于零時產生的。在博得圖中，零點發生在增益以20dB每十倍頻的斜率開始遞增的點，并伴隨有90度的相位超前。圖2描述一個由高通濾波器電路引起的零點。

　　存在第二種零點，即右半平面零點，它引起相位滯后而非超前。伴隨著增益遞增，右半平面零點引起90度的相位滯后。右半平面零點經常出現于BOOST和BUCK-BOOST轉換器中，所以，在設計反饋補償電路的時候要非常警惕，以使系統的穿越頻率大大低于右半平面零點的頻率。右半平面零點的博得圖見圖3。

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