开关电源环路设计与计算_ON-Bright
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On-Bright confidential
16
考存存存关虑在在在，一一一很斜G个个个难(s)率=与电右补vOv负容半偿FB(补ΛΛs(ns)载E平，)-SB≈偿等R面设r(引i2g效零计n后起Vho电点时nt+R的C的Vo阻，应Vg零go)有该该RPn点sen关零使fsoeid(w的点环1e+n滤与路eRotr1C波输带iasS)1l极入宽(1+tt−o1aC点电应+nRgT20D压该RseesoL(n传、远1m−pD负离Da函)2o载这) (、个C电零C感点M量，)有以
电流电斜电考流环流率流虑模，模补环式从式偿小斜工而P能信OWn率作改够号M-B的善消模系补riP系除型g统Wh偿M统此当t系的震CD后统o瞬荡>的n5的态0f电i%d响P压时e应no环，twia路存el 内在tro嵌SSTue入tba-nh一gparea个mo传o局ni部c函震的荡电
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23
零1234....极左右左右负系在系所位点半半半半反统f统有增l平平平平馈的y稳负益对b面面面面系环a定载带c环极极零零统路k性和宽O系路点点点点D补n产所为C统-::：:固偿B生有1稳中/r有必i影电6g，-定h增不增增1须响压18为t/性益稳益益0使。输1C度了0衰定增增系o入f的相减sn减，大大统的(f移小开影id，导，，满情，右关e响引致引引足形n半频起系起起系稳t。及i平a率-统9-统定l909面)环t0震度0的性o度度零路荡相剩条T相相点e移下件n带移移影p的，响a宽零而o，选极且可点要择取将考单标对虑准
∫ Tenp iˆL(s) Rs
iˆO = iˆL (1 − D) − I Ldˆ
iˆO
=
iˆL (1−
D) − iˆL
sL × I L
(VI + VO )
tial to dˆoff n -1
dˆ
FB
Gpwm
On-Bright Confide Vo Don→Doff
Variable Gain, is a function of FB and slope compensation
On-Bright confidential
5
确画确根¾¾¾¾ 定出定据ECPPWoAo环环环实w开mM(eep路路路际rreSrS关nOot基的的应tsaraagngate本信带用ime电o-nBp组号宽，lrnifi源egi成流,设tewrh)o模程设计环trkC块图计和o路，,补调n确偿整f分i辨d定网外e认析n环络围环t路参i和a路l的数t。设o小T信e计n号p流传ao输程函数
Ro
+ ss
LCo1 n2 D'2
)
right 系统右半平面零点: On-B 负载电容ESR 零点:
wrz
=
n2Ro (1− D)2 Lm D
wz
=
1 Ro1C
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11
右半平面零点(RHZ)的直观理ao解 RHZ在boost, buck-boost, flyback(占空比由输入输出电压和匝比决 np 定)CCM中都存在,而DCM中没有RHZ。 Te 负载突然增加→输出电压下降→EA+PWM 反应→占空比增大(Wrong to Way)→反激时间减小→输出电流减小(通过输出diode)→输出电压下降更多 l (临时)。此即典型RHZ响应特性。 On-Bright Confidentia 在DCM中，占空比增大导致输出电流增大，故不存在此RHZ
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19
电流模式与电压模式的直观a理o 解 电压模式是占空比直接调制，变压器电感是开环状态，在外围电压回路 np 中引入一个DC极点(s=0) Te 电流模式是占空比间接调制，变压器电感是闭环状态。 l to 反激变换器类似于buck-boost架构，以buck-boost为例分析。 tia 无论是电压还是电流模式，CCM中RHZ始终存在，且频率相同。
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25
补把补到偿控偿18网制所0环度络带需以路产宽元前O生拉器的使n一低件-其B补个，少r增igs在，偿h=益0功但t(降C方D率闭C到o)部环n法极0f分带di点dB(或宽e1n加小)t:i有，a单l其暂to他态极T补响en点偿应p的慢a补o部偿分相位达
14
考 采效前入H虑用e在相微(斜s电电位分) =流压补函率eO模环偿数ssTs补Tn式路，H−s-eB1控内相(偿rsi制g引当):h后，入于t 等C超引的onPfiodwenetriaSl ttoaTgeen传pa函o (CCM)
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15
考 FCFmmm虑Cmm12kM:o=r=模=r斜(V=nmL式gVL1m率2o+F21lOm=y补2nbn)2Ta-VLBsc偿kri的g后h斜t 率C的o补nP偿foidwenetriaSl ttoagTeen传pa函o (CCM)
9
1. 2.
3. 4. 5.
是对微对得建对方扰方到立P一程(程等Ppooe个组组效wwrte开uO作作的errbSn关r状线 小at-atSB周i态形信goretni期g空化号a中)，gh内间(模电ltei作nC平型感即小eoa平均，对rn信i均z化电方faidt(容程i号osetna等组n)t模et器作iasp件小l型atco的信e建Ta时号even域扰立rap微g动ai流n分og)方程，程也组就
nfid Full Bridge, Push-Pull o ¾ 整流型： 全桥型整流
ht C 全波型整流 On-Brig 同步整流(SR)
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3
开关电源简介 npao 调制方式 Te ¾ PWM (pulse width modulation) l to ¾ PFM (pulse frequency modulation) tia ¾ 其它衍生调制方式
减小其影响
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17
考 零时输虑点有入频不斜电率稳压率越越O定低补低n倾-→，B向偿r低右ig！压后h半t输平C的入面oPnfoidwenetri满点不aSl载低 稳ttoa条于定gT件轻倾een传下载向p的状！a函o右态(半→C平满C面载M零有)
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On-B开riOg关hn-tB电Erigleh源cttCr环oonnif路icdse设(nStiha计al tno与gThea计nip) aC算oo. Ltd
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1
开 开 开 一 讨关关关个论电电电基源源源于OO的环简nB-环路介B2r2i路分g6h3补析t的C偿(1以o2(内nW以反fid电容反激e源n激变ti环a变换l 路t换器o设器为Te计为例np实例)a例o)
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7
OFnly-Bbriagchkt C系on统fid控ent制ial流to 程Ten图pao
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8
OnT-BLrig4h3t1C及onf其ide等nti效al t模o T型enpao
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fiden 控制模式 n ¾ 电压模式 o ¾ 电流模式
ht C 开关电源系统可分为两大块 -Brig ¾ 负反馈回路(feedback loop) On ¾ 保护功能(OVP, OCP, OTP ……)
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4
开(OV关no-Bl电traigg源het MC系oon统dfeid基PeWn本tiaMl组tSo成yTsetn部epma分)o
18
DCvMvFB(ΛΛs(模s)O) ≈n式V-VBF0Br下ig⋅ 11h++PtRRoCoo12wCCooon11eSsfridSetnat由平对Figalye于面于lbtaoP零Cc小owwCkTw点zp系eM==e信(n1r统而RR/pSoHR2C更言t号aoao1PC1go容，Zoe1传)易D，无C补所函右M偿以半！相
fiden VL = VI D −VO (1− D) = (VI +VO )D −VO Con vˆL = (VI +VO )dˆ − vˆO (1− D) ≅ (VI +VO )dˆ right iˆL = vˆL / sL On-B IO = IL (1− D)
iˆO = iˆL (1− D) − I Ldˆ
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6
EPP考¾¾WoA虑wCDMe(CC斜r例MMSS率t开如tssaammg补gOTaaeell关传lLl偿nss传4ii-函gg后3B电nn函1ara的)illg及mm源P(hoo可其oddtwee环Cll参补eor考偿s路nta[f网ig1d的e]络e)传n的小t函i传a信l函to号Te传npa函o
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12
PWM Stage 的小信号建模ao 写出时域方程
enp d(t) = Vc (t)
for
T Vpk
0 ≤ Vc (t ) ≤ Vpk
to 微扰和线性化
l ⎧
entia ⎪⎪⎪⎨vdc((tt))==DVc++d)v)(ct
(t )
)
fid ⎪
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负反馈环路稳定性
环幅单相增路频位位益增-增裕裕相益益量量O频[带((nGPl曲o-h宽aoBai线pnrs(iefgg，mramehaiq波natrugrTCeg特inn(ions)c图))ynTf@(id>s>)T-e4包1=5n2°含0dtdiBa了Bl)系to统Te稳n定pa性o信息]
⎪D
+
) d
(t )
=
Vc
+
v)c
(t )
n ⎪⎩
V pk
Co 直流方程组、 交流小信号方程组
right D = Vc -B Vpk
) d
(t
)
=
v) c
(t )
V pk
On PWM Stage小信号模型
Vc + v)c (t)
D
+
) d
(t
)
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10
Flyback PWM SCtoangfied小ent信ial号to 模Ten型pa(oCCM) Power Stage传函:
Λ
v(s)
Λ
d (s)
Hale Waihona Puke Baidu
≈
Vg nD'2
(1 +
Ro1Cs)(1
−
n2
sLm D Ro (1 − D)2
1
+
s
n
2
L D '2
On-Bright confidential
2
开关电源简介 enpao 用途：AC/DC， DC/DC， DC/AC (inverter) l to T 基本拓扑结构：
tia ¾ 非隔离型： Buck， Boost， Buck-Boost…… en ¾ 隔离型： Forward, Flyback, Half Bridge,
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24
环路的补偿考虑
出况一环环通裕者位统对跨也些路路常量高增有(这接可高需补补(频益1G8样，以频要偿偿的带0ai-等n或适极补的网。宽9O0效m者当点偿目络内=na9为r-输引或以的放只0gB°环irn出入者获是在有ig)相路，到一零得：E一h位带A因t地些点足在个C裕宽(为e。零。够带极or量内环rn在点的宽点o)只rf路i环或相内(，da一有m存e路者位等pn个或一在l的极裕效itf导者个i很iae其点量为rl致一极多,t他以(单oP9个点例零h地抵极0Ta°极)如极es方消点.en相点.T点m，环系.pL移和，a4a根路统r3go，一1i据带.低)n个的)实宽从环频零和输际外而路的极增入情的系单或点益输
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dˆOof电f n-B压∫rig模dhˆ itˆL式(Cs)o的nfiiˆdO信e= iˆnL号(t1i−aD流l )t−o程ILTdeˆ 图niˆO p= VsaLI odˆ − ILdˆ
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Vi
电流模式的信号流程图ao 1/sL
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电流电斜电考流环流率流虑模，模补环式从式偿小斜工而P能信OWn率作改够号M-B的善消模系补riP系除型g统Wh偿M统此当t系的震CD后统o瞬荡>的n5的态0f电i%d响P压时e应no环，twia路存el 内在tro嵌SSTue入tba-nh一gparea个mo传o局ni部c函震的荡电
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iˆO = iˆL (1 − D) − I Ldˆ
iˆO
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(VI + VO )
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dˆ
FB
Gpwm
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Ro
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wrz
=
n2Ro (1− D)2 Lm D
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1 Ro1C
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右半平面零点(RHZ)的直观理ao解 RHZ在boost, buck-boost, flyback(占空比由输入输出电压和匝比决 np 定)CCM中都存在,而DCM中没有RHZ。 Te 负载突然增加→输出电压下降→EA+PWM 反应→占空比增大(Wrong to Way)→反激时间减小→输出电流减小(通过输出diode)→输出电压下降更多 l (临时)。此即典型RHZ响应特性。 On-Bright Confidentia 在DCM中，占空比增大导致输出电流增大，故不存在此RHZ
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电流模式与电压模式的直观a理o 解 电压模式是占空比直接调制，变压器电感是开环状态，在外围电压回路 np 中引入一个DC极点(s=0) Te 电流模式是占空比间接调制，变压器电感是闭环状态。 l to 反激变换器类似于buck-boost架构，以buck-boost为例分析。 tia 无论是电压还是电流模式，CCM中RHZ始终存在，且频率相同。
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补把补到偿控偿18网制所0环度络带需以路产宽元前O生拉器的使n一低件-其B补个，少r增igs在，偿h=益0功但t(降C方D率闭C到o)部环n法极0f分带di点dB(或宽e1n加小)t:i有，a单l其暂to他态极T补响en点偿应p的慢a补o部偿分相位达
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考 采效前入H虑用e在相微(斜s电电位分) =流压补函率eO模环偿数ssTs补Tn式路，H−s-eB1控内相(偿rsi制g引当):h后，入于t 等C超引的onPfiodwenetriaSl ttoaTgeen传pa函o (CCM)
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考 FCFmmm虑Cmm12kM:o=r=模=r斜(V=nmL式gVL1m率2o+F21lOm=y补2nbn)2Ta-VLBsc偿kri的g后h斜t 率C的o补nP偿foidwenetriaSl ttoagTeen传pa函o (CCM)
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3. 4. 5.
是对微对得建对方扰方到立P一程(程等Ppooe个组组效wwrte开uO作作的errbSn关r状线 小at-atSB周i态形信goretni期g空化号a中)，gh内间(模电ltei作nC平型感即小eoa平均，对rn信i均z化电方faidt(容程i号osetna等组n)t模et器作iasp件小l型atco的信e建Ta时号even域扰立rap微g动ai流n分og)方程，程也组就
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ht C 全波型整流 On-Brig 同步整流(SR)
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开关电源简介 npao 调制方式 Te ¾ PWM (pulse width modulation) l to ¾ PFM (pulse frequency modulation) tia ¾ 其它衍生调制方式
减小其影响
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On-B开riOg关hn-tB电Erigleh源cttCr环oonnif路icdse设(nStiha计al tno与gThea计nip) aC算oo. Ltd
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开 开 开 一 讨关关关个论电电电基源源源于OO的环简nB-环路介B2r2i路分g6h3补析t的C偿(1以o2(内nW以反fid电容反激e源n激变ti环a变换l 路t换器o设器为Te计为例np实例)a例o)
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OFnly-Bbriagchkt C系on统fid控ent制ial流to 程Ten图pao
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OnT-BLrig4h3t1C及onf其ide等nti效al t模o T型enpao
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fiden 控制模式 n ¾ 电压模式 o ¾ 电流模式
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18
DCvMvFB(ΛΛs(模s)O) ≈n式V-VBF0Br下ig⋅ 11h++PtRRoCoo12wCCooon11eSsfridSetnat由平对Figalye于面于lbtaoP零Cc小owwCkTw点zp系eM==e信(n1r统而RR/pSoHR2C更言t号aoao1PC1go容，Zoe1传)易D，无C补所函右M偿以半！相
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iˆO = iˆL (1− D) − I Ldˆ
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EPP考¾¾WoA虑wCDMe(CC斜r例MMSS率t开如tssaammg补gOTaaeell关传lLl偿nss传4ii-函gg后3B电nn函1ara的)illg及mm源P(hoo可其oddtwee环Cll参补eor考偿s路nta[f网ig1d的e]络e)传n的小t函i传a信l函to号Te传npa函o
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PWM Stage 的小信号建模ao 写出时域方程
enp d(t) = Vc (t)
for
T Vpk
0 ≤ Vc (t ) ≤ Vpk
to 微扰和线性化
l ⎧
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(t )
)
fid ⎪
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负反馈环路稳定性
环幅单相增路频位位益增-增裕裕相益益量量O频[带((nGPl曲o-h宽aoBai线pnrs(iefgg，mramehaiq波natrugrTCeg特inn(ions)c图))ynTf@(id>s>)T-e4包1=5n2°含0dtdiBa了Bl)系to统Te稳n定pa性o信息]
⎪D
+
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(t )
=
Vc
+
v)c
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V pk
Co 直流方程组、 交流小信号方程组
right D = Vc -B Vpk
) d
(t
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=
v) c
(t )
V pk
On PWM Stage小信号模型
Vc + v)c (t)
D
+
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(t
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Flyback PWM SCtoangfied小ent信ial号to 模Ten型pa(oCCM) Power Stage传函:
Λ
v(s)
Λ
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Hale Waihona Puke Baidu
≈
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(1 +
Ro1Cs)(1
−
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1
+
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L D '2
On-Bright confidential
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开关电源简介 enpao 用途：AC/DC， DC/DC， DC/AC (inverter) l to T 基本拓扑结构：
tia ¾ 非隔离型： Buck， Boost， Buck-Boost…… en ¾ 隔离型： Forward, Flyback, Half Bridge,
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环路的补偿考虑
出况一环环通裕者位统对跨也些路路常量高增有(这接可高需补补(频益1G8样，以频要偿偿的带0ai-等n或适极补的网。宽9O0效m者当点偿目络内=na9为r-输引或以的放只0gB°环irn出入者获是在有ig)相路，到一零得：E一h位带A因t地些点足在个C裕宽(为e。零。够带极or量内环rn在点的宽点o)只rf路i环或相内(，da一有m存e路者位等pn个或一在l的极裕效itf导者个i很iae其点量为rl致一极多,t他以(单oP9个点例零h地抵极0Ta°极)如极es方消点.en相点.T点m，环系.pL移和，a4a根路统r3go，一1i据带.低)n个的)实宽从环频零和输际外而路的极增入情的系单或点益输
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电流模式的信号流程图ao 1/sL