開關(guān)電源控制環(huán)設(shè)計過程大揭秘

首先，輸出電壓被反饋網(wǎng)絡(luò)降壓，然后把這個反饋電壓送入誤差放大器，使之與基準(zhǔn)電壓相比較而產(chǎn)生一個誤差電壓信號。脈寬調(diào)制部分拾取這個誤差電壓并且把它與功率變壓器的電流相比較并轉(zhuǎn)化為合適的占空比去控制輸出部分功率脈沖調(diào)制的數(shù)量。輸出濾波器部分使來自于功率變壓器的斬波電壓或電流平滑，使反饋控制環(huán)完善。下面確定每一部分的增益和相位，并把他們聯(lián)合起來形成系統(tǒng)的傳輸函數(shù)和系統(tǒng)的增益相位點。

4.1 反饋網(wǎng)絡(luò)H(s)

反饋網(wǎng)絡(luò)把輸出電壓降到誤差放大器參考電壓的水平，其傳輸式按簡單的電阻分壓式得到：

4.2 輸出濾波部分G1(S)

在電流模式控制系統(tǒng)中，輸出電流被調(diào)節(jié)以達到目標(biāo)的輸出電壓。輸出濾波部分把脈動的輸出電流轉(zhuǎn)換為目標(biāo)輸出電壓。小信號分析得到：

輸出電容的ESR和反饋網(wǎng)絡(luò)的電阻（R1+R2=RFB）反映出輸出濾波器傳輸函數(shù)的特性。圖7的電路分析給出ESR和RSENSE的影響。

傳輸函數(shù)G1(S)給出RFB的初始低頻增益。這個增益在fPOLE=1/2*π*（RFB+ESR）*C處開始滾降，并在fZERO=1/2*π*ESR*C變?yōu)樗?。G1(S)的博得圖見圖8。

4.3 PWM電路部分G2(S)

光耦電路把誤差放大網(wǎng)路產(chǎn)生的誤差信號傳輸?shù)街鬟?。AS3842 PWM電路把這個誤差電壓與通過主邊功率變壓器的電流進行比較。然后功率場效應(yīng)管的占空比被調(diào)制，以提供足夠的電流到副邊來維持想要的輸出。

光耦的小信號傳輸函數(shù)是與光耦的電流傳輸比成比例的固定增益。R5（原文誤為R6，式5一并改為R5，譯注）是與光耦的二極管串聯(lián)的限流電阻，并且是AS3842誤差放大器的輸出阻抗（此句應(yīng)該理解為R5是這個AS3842開關(guān)電源電路中，誤差放大器部分的輸出阻抗，譯注）。這一點在應(yīng)用文檔“Secondary error amplifier with the AS431”中有深入的闡述。從誤差放大器的輸出到AS3842的COMP腳的傳輸函數(shù)是：

VCATHODE是AS431的陰極電壓，也就是誤差補償放大器的輸出電壓。CTR是光耦的電流傳輸比。R5(原文為R6，譯注)是與光耦的二極管串聯(lián)的限流電阻。RCOMP是AS3842的COMP腳當(dāng)其試圖拉電流超過它的最大輸出電流時的輸出阻抗。

當(dāng)誤差信號傳遞到補償腳以后，將其與電流檢測信號比較。圖9表示一個電流檢測比較器和開關(guān)部分的簡單框圖：

在閉環(huán)系統(tǒng)中，VCOMP與ISENSE維持同樣的電平。因此，IPRIMARY被VCOMP有效的調(diào)節(jié)：

從ISECONDARY以后（見圖9），副邊電流或者說輸出電流與主邊電流成比例，把等式（4）重新排列表示出副邊電流與VCOMP之間的關(guān)系。

結(jié)合等式（3）和（6）得到PWM部分的傳輸函數(shù)：

傳輸函數(shù)G2(s)僅包含增益沒有相移。

4.4 誤差放大器補償網(wǎng)絡(luò)G3(S)

一旦輸出濾波器和PWM電路部分的傳輸函數(shù)確定下來，然后可以設(shè)定誤差放大器補償網(wǎng)絡(luò)以取得最優(yōu)化的系統(tǒng)性能。圖10例舉出一個在低頻時提供高的頻率滾降和高增益的補償方案。

這個補償方案有一些很好的特性適合于誤差放大器的補償，它有很高的直流增益和易控的滾降。

4.5 整個系統(tǒng)

因為這是一個線性系統(tǒng)，可以用疊加的方法得到整個系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。通過把整個環(huán)路各部分的增益和相位疊加起來，產(chǎn)生整個系統(tǒng)的博得圖。通過放置補償網(wǎng)絡(luò)的極點和零點使系統(tǒng)的性能最優(yōu)化。圖11把各部分的博得圖結(jié)合起來，負(fù)反饋系統(tǒng)的180度相移也加入進來了。

5. 測量結(jié)果

構(gòu)造一個150W的電流模式正激轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過修正的小信號環(huán)路特性顯示出它在系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)時所起的作用。圖13（原文誤為圖12，譯注）給出它的增益－相位圖。與圖11所展示的一樣，獲得了相同的博得圖曲線。此增益相位圖顯示這個系統(tǒng)有86.7度的相位裕量。意味著穩(wěn)定的系統(tǒng)有快速的瞬態(tài)響應(yīng)。圖15（原文誤為圖13，譯注）給出系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。為了展示相位裕量的作用，通過增加整個系統(tǒng)的增益和提高穿越頻率，系統(tǒng)的相位裕量會減少。穿越頻率提高時系統(tǒng)的相位裕量在減少。圖12（原文誤為圖14，譯注）給出更高的穿越頻率和更少的相位裕量（65度）時的系統(tǒng)博得圖。其瞬態(tài)響應(yīng)見圖14（原文誤為圖15，譯注），注意更少的相位裕量導(dǎo)致更大的振蕩和更長的調(diào)節(jié)時間。表1比較了這兩個不同增益大小的系統(tǒng)之間線性和負(fù)載調(diào)節(jié)率的變化。正如前面所述，高的環(huán)路增益得到更緊密的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)率。還應(yīng)該注意需在高的相位裕量和較低的環(huán)路增益之間取得平衡。