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    開關電源環路穩定性分析(二)

    發布時間:2022-11-24 責任編輯:lina

    【導讀】如果一上來就分析開關電源的環路穩定性,我估計大部分人都會很暈,包括我自己。各種傳遞函數,各種補償網絡,都是一些知道名字,但是連在一起就不認識。

    在上一節中,基于歐姆定律,基爾霍夫定律,伏秒平衡這些已知的知識點,可以推導出Buck變換器的輸入輸出關系。


    今天這一節,我們還是從全局的概念來解析開關電源。


    1. 運放和開關電源


    如果一上來就分析開關電源的環路穩定性,我估計大部分人都會很暈,包括我自己。各種傳遞函數,各種補償網絡,都是一些知道名字,但是連在一起就不認識。


    不慌,學習東西都是從簡單到復雜。畢竟開關電源也是電阻,電感,電容,MOS這些器件組成的,假設我們找個簡單的,帶有環路的模塊,先把它搞清楚,再類比學習開關電源的環路穩定性,應該會簡單很多。


    在學過的所有知識點中,我能想到的就是運放。


    開關電源環路穩定性分析(二)


    運放可以看成是黑盒,有輸入輸出,開關電源也可以看成是黑盒,有輸入輸出。直接分析開關電源的環路穩定性,相當復雜,但是運放器件少,分析起來比較簡單。從運放開始,是突破口。


    2、開環系統


    對于運放來說,假設我們有下面這樣的電路


    開關電源環路穩定性分析(二)


    給運放一個輸入信號,此時運放開環,可知輸出信號直接到達電源軌,并未實現我們想要的放大倍數。


    由于運放的開環增益非常大,因此在輸入端增加很小的信號就能使運放飽和。為了使運放能正常使用,我們會給運放增加反饋回路,使其輸出在可控的范圍內。


    兩個電阻組成的反饋回路


    開關電源環路穩定性分析(二)


    一個電阻和一個電容組成的反饋回路


    開關電源環路穩定性分析(二)


    因此,就有了同相,反相,微分,積分這四種基本帶有閉環反饋的回路。


    同理,對于開關電源也一樣,如果沒有閉環反饋回來,當輸入電壓變化或者輸出負載變化的時候,由于沒有閉環反饋,系統會和開環的運放一樣,無法得到我們想要的結果。所以開關電源必須有反饋回路。可以說,不懂環路,就不知道開關電源精髓所在。


    對于運放來講,搞清楚了四種基本的電路,我們就可以變換出各樣的放大倍數,疊加,減法等電路模型,那么對于開關電源的一樣,要很好的控制環路,必須選取合適的環路控制方式。


    3、開關電源控制方式


    根據前面內容,要分析開關電源的環路,要像分析運放一樣,把運放本體和環路分開來。同樣,對于開關電源,我們也把電源的功率級和環路控制分開來,可以表示為下面的拓撲圖。


    開關電源環路穩定性分析(二)


    因此,接下來的重點應該是搞清楚開關電源的環路是如何控制的,就像我們看到運放的環路是電阻還是電容,可以很快判斷是純粹放大電路還是微分,積分電路。


    在開關電源里面,環路比運放的環路要復雜很多,為了分析簡單,只討論Buck變換器,基于PWM調制方式下的電壓和電流控制模式。PWM調試方式這里不贅述,直觀的理解就是頻率恒定,占空比可調的方式。


    截止到目前為止,上述所有的內容都是已經學習過的內容。但是我們已經很清楚知道了為什么要研究環路,以及準備如何分析環路。


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