可使方案一次過的DC/DC開關(guān)電源的設(shè)計秘籍

根據(jù)等式(5)和等式(6)，即可得到圖7所示的用理想變壓器表示非隔離負電壓Buck開關(guān)電源的CCM小信號模型。

圖7 非隔離負電壓Buck開關(guān)電源CCM小信號模型

2、補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

圖8為電流連續(xù)模式下峰值電流控制(CCMCPM)型非隔離負電壓Buck開關(guān)電源的系統(tǒng)框圖?？刂骗h(huán)路包括了電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)兩個部分。補償網(wǎng)絡(luò)屬于電壓外環(huán)，因此設(shè)計補償網(wǎng)絡(luò)需要先建立包含電流控制內(nèi)環(huán)的小信號模型。

圖8 CCM-CPM型非隔離負電壓Buck開關(guān)電源系統(tǒng)框圖

假設(shè)系統(tǒng)穩(wěn)定，且忽略輸出電感紋波電壓及人工斜坡補償?shù)挠绊懀瑒t輸出電感電流等于控制電流，即：

根據(jù)圖7所示的非隔離負電壓Buck開關(guān)電源CCM小信號模型，同時將等式(7)帶入化簡得，CCM-CPM型非隔離負電壓Buck開關(guān)電源的動態(tài)方程為：

利用等式(8)和等式(9)可以很容易的建立圖9所示的CCM-CPM型非隔離負電壓Buck開關(guān)電源小信號模型。

圖9 CCM-PWM型非隔離負電壓Buck開關(guān)電源小信號模型

考慮到控制電流與控制電壓滿足：

式中Rs為電流采樣電阻；k為采樣電流放大系數(shù)。將式(10)帶入式(9)，得控制電壓與輸出電壓的傳遞函數(shù)Ap ( s)為：

分析可知，控制對象Ap (s)為單極點型控制對象，并且受等效串聯(lián)電阻的影響，其高頻特性差，抑制高頻噪聲的能力弱。

因此根據(jù)圖10所示的CCM-CPM型電壓外環(huán)系統(tǒng)框圖，所設(shè)計的補償網(wǎng)絡(luò)不僅要提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和響應(yīng)速度，而且要增強系統(tǒng)的抗干擾能力。

圖10 CCM-CPM型電壓外環(huán)系統(tǒng)框圖

圖11為實際非隔離負電壓DC/DC變換電路補償網(wǎng)絡(luò)的硬件電路圖。

圖11 補償網(wǎng)絡(luò)硬件電路圖

補償網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)放大倍數(shù)與電源控制器反饋引腳相對于其參考地的靜態(tài)工作電壓Vf成正比，這里的靜態(tài)工作電壓Vf滿足如下關(guān)系式：

注意Vf的值應(yīng)在適中的范圍，當(dāng)取值太大，會降低系統(tǒng)的信噪比。當(dāng)取值太小，系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)態(tài)特性都會下降。

補償網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性通過電容C2、C3、C4來補償。其中電容C2引入超前校正，有效的提高了系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。電容C3則增大了系統(tǒng)的帶寬。而電容C4起到了旁路高頻噪聲的作用。因此通過合理的選擇C2、C4、C4的電容值，可以使系統(tǒng)獲得較滿意的動態(tài)補償效果。