開關電源設計的一般考慮(完整版)實用資料

開關電源設計的一般考慮（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）

第一章開關電源設計的一般考慮開關電源設計的一般考慮（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）在設計開關電源之前，應當仔細研究要設計的電源技術要求。現(xiàn)以一個通信電源模塊的例子來說明設計要考慮的問題。該模塊的技術規(guī)范如下：1電氣性能除非另外說明,所有參數(shù)是在輸入電壓為220V,交流50Hz以及環(huán)境溫度25℃下測試和規(guī)定的.表1.1額定電壓輸出電流限流范圍過壓范圍調(diào)壓范圍1調(diào)壓范圍2效率I(max)54.9V28A58.8-52.55-45.7110％＞87％Imax61.2V52.75V45.9V1.1輸入電壓：單相交流額定電壓有效值220V±20%頻率：頻率范圍45-65Hz電流：在滿載運行時,輸入220V,小于8A。在264V時,沖擊電流不大于18A效率：負載由50％－100％為表2.1值功率因數(shù)：大于0.90,負載在50％以上,大于0.95諧波失真：符合IEC555-2要求啟動延遲：在接通電源3秒內(nèi)輸出達到它的額定電平保持時間：輸入176V有效值,滿載,大于10mS1.2輸出電壓：在滿載時,輸出電壓設定在表1值的±0.2％電流：負載電流從零到最大值(參看表1)，過流保護開始是恒流,當電壓降低到一定值得時,電流截止.穩(wěn)壓特性：負載變化由零變到100％,輸入電壓由176V變到264V最壞情況下輸出電壓變化不超過200mV.瞬態(tài)響應：在沒有電池連接到輸出端時,負載由10％變化到100％,或由滿載變化的10％,恢復時間應當在2mS之內(nèi).最大輸出電壓偏擺應當小于1V.靜態(tài)漏電流：當模塊關斷時,最大反向泄漏電流小于5mA.溫度系數(shù)：模塊在整個工作溫度范圍內(nèi)≤±0.015％.溫升漂移：在起初30秒內(nèi),±0.1％輸出噪音：輸出噪音滿足通信電源標準,衡重雜音＜2mV.1.3保護輸入：輸入端保護保險絲定額為13A.輸出過壓：按表1.1設置過壓跳閘電壓,輸出電壓超過這個電平時,將使模塊鎖定在跳閘狀態(tài).通過斷開交流輸入電源使模塊復位.輸出過流：過流特性按表1.1的給定值示于圖1.過流時,恒流到60％電壓,然后電流電壓轉(zhuǎn)折下降.(最后將殘留與短路相同的狀態(tài))輸出反接：在輸入反接時,在外電路設置了一個保險絲燒斷(＜32A/55V)過熱：內(nèi)部檢測器禁止模塊在過熱下工作，一旦溫度減少到正常值以下,自動復位.1.4顯示和指示功能輸入監(jiān)視：輸入電網(wǎng)正常顯示.輸出監(jiān)視：輸出電壓正常顯示.(過壓情況關斷).限流指示：限流工作狀態(tài)顯示.負載指示：負載大于低限電流顯示.繼電器：輸入和輸出和輸入正常同時正常顯示。輸出電流監(jiān)視：負載從10％到100％,指示精度為±5％.遙控降低：提供遙控調(diào)節(jié)窗口.1.5系統(tǒng)功能電壓微調(diào)：為適應電池溫度特性,可對模塊的輸出電壓采取溫度補償.負載降落：為適應并聯(lián)均流要求，應能夠調(diào)節(jié)外特性。典型電壓降落0.5％,使得負載從零到增加100％,輸出電壓下降250mV.遙控關機：可實現(xiàn)遙控關機。1.6電氣絕緣下列試驗對完成的產(chǎn)品100％試驗。1.在L(網(wǎng))和N(中線)之間及其它端子試驗直流電壓為6kV.2.在所有輸出端和L,N及地之間試驗直流2.5kV.這檢查輸出和地之間的絕緣.3.下列各點分別到所有其它端子試驗直流100V：電壓降低(11和12腳)繼電器接點(14,15和16腳)狀態(tài)選擇-輸入,輸出和電流限制(3,4,5和6腳)14.地連續(xù)性-以25A,1分鐘檢查,確認安全接地的阻抗小于0.1Ω.1.7電磁兼容符合郵電部通信電源標準.2機械規(guī)范尺寸：略重量：略安裝方向：模塊設計安裝方向是面板垂直放置,使空氣垂直通過模塊.通風和冷卻：模塊的頂部和底部都有通風槽,使空氣流通過模塊,經(jīng)過散熱器.因此在系統(tǒng)中應當沒有阻礙地對流冷卻模塊,并應強迫冷卻裝置使冷卻空氣經(jīng)過模塊自由流通.3環(huán)境條件環(huán)境溫度：在0～55℃溫度范圍內(nèi)滿功率工作.在模塊下50mm處模塊的入口測量溫度.存儲溫度：－40～+85℃濕度：5％～80％,不結(jié)冰.高度：-60m～2000m工作;-60m～10000m不工作.4可靠性MTBF大于100000小時.這些要求包括：輸入電源，輸入電壓的類型－交流還是直流。交流電源的頻率和電壓變化范圍，整流濾波方式，是否有功率因數(shù)要求？如果是直流電源，是直流發(fā)電機，還是蓄電池、抑或其它直流變換器？是電流源還是電壓源？它們的變化范圍和紋波大小。輸出電壓（電流）大小和調(diào)節(jié)范圍，穩(wěn)壓（或穩(wěn)流）精度，輸出有幾路？輸出電流（或輸出功率），輸出紋波電壓要求，是否需要限流？瞬態(tài)響應要求。負載特性：蓄電池，還是熒光燈，還是電機？這些電氣性能之外，是軍用還是民用？EMC要求，環(huán)境溫度。體積與重量要求。是否需要遙控，遙測或遙調(diào)？是否需要提供自檢測，如此等等。設計出的電源必須滿足這些要求。1.1主電網(wǎng)電源如果你購進國外電氣設備，不管青紅皂白就去插上電源，弄不好就可能燒壞設備電源。因此，要安全使用國外設備，要知道國外電網(wǎng)電源的種類和相關標準。如果你設計的產(chǎn)品是提供出口，也必須了解該地區(qū)的電網(wǎng)的標準。首先世界上主電網(wǎng)的交流電源頻率在美國是60Hz，而在中國和歐洲是50Hz。實際上，頻率也有一定的變化范圍，電網(wǎng)負荷重的時候，50Hz可能降低到47Hz；如果負載很輕時，60Hz可能上升到63Hz。這是因為帶動發(fā)電機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速不可能是沒有調(diào)節(jié)公差的恒速運行。50Hz供電的直流電源必須使用比60Hz供電更大的濾波元件，供電變壓器鐵芯更大或線圈匝數(shù)更多。其次電源電壓在不同地區(qū)也不同：在中國，家用電器和小功率電氣設備由單相交流220V供電，工業(yè)用電是三相380V。在美國民用電源為110V（有時是120V），而家用電器，如洗衣機電源是208V，而工業(yè)用電是480V，但是照明卻是277V，當然也有用120V的；在歐洲為230V，而在澳大利亞卻是240V，如此等等。以上的電網(wǎng)電壓僅僅是其額定值，每一種電網(wǎng)都有允許偏差。例如電網(wǎng)隨負荷變化時產(chǎn)生較大波動。在上世紀末我國電網(wǎng)改造前，電網(wǎng)電壓波動范圍高達30%以上。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，大量電廠建立，供電量充足，同時經(jīng)過電網(wǎng)改造，合理輸配電，目前在我國大多數(shù)地區(qū)供電質(zhì)量明顯提高，一般變化在10%以內(nèi)，即在198V～242V之間。但在鐵道系統(tǒng)和某些邊遠山區(qū)變化范圍仍可能達到30%。因此，你設計的開關電源，必須迎合使用地區(qū)的供電情況，即使遇到意外情況，也能夠安全運行而不發(fā)生故障。有時電網(wǎng)也可能丟失幾個周波，要求有些電源能夠不間斷（保持時間）地工作，這就要求較大的輸出電容或并聯(lián)電池滿足這一要求。電網(wǎng)還存在過壓情況。雷擊和閃電在2Ω阻抗上,引起線與線電壓和共模干擾可高達6000V電壓。閃電有兩種類型，一種是短脈沖，上升時間1.2μs，衰減時間50μs，另一種很高能量，衰減時間1ms。電網(wǎng)還有瞬態(tài)電壓，峰值達750V，持續(xù)半個電網(wǎng)周期，這主要是大的負載的接入或斷開，或高壓線跌落引起電網(wǎng)的瞬變。實際上工業(yè)電網(wǎng)面臨的問題遠不止這些，交流電網(wǎng)是一個骯臟的環(huán)境。你所設計的電源應當能夠在這個環(huán)境中工作，同時還要滿足國際和各地區(qū)安全標準要求。1.2電池在通信，電站，交通要求不間斷供電的地方，電池作為不可缺少的儲能后備能源。大量移動通訊站和，以及電動汽車，助力電瓶車都依靠電池提供能量。風力發(fā)電和太陽能發(fā)電存儲峰值能量作2為后備能源。但是電池涉及到電化學和冶金學知識，已超出一般電氣工程師的知識范疇。這里介紹一些使用電池基礎知識，使你知道設計充電電源和使用電池供電時應注意的一些問題。利用電化學可逆原理做成的最基本的單元電池叫單體電池。典型的單體電池是由兩個金屬極板和構(gòu)成它們之間導電通路工作介質(zhì)組成，這種通路材料可能是液體或固體，與特定化學機理有關。這種結(jié)構(gòu)關鍵在于是否能夠更有效進行電－化學反應（可再充電，即二次電池，也稱為蓄電池。不能再充電叫一次電池）。根據(jù)不同通路材料的安排，一個金屬極板為電池的陽極－正極，另一個則為陰極－負極。如將兩個金屬極板（陰極和陽極）接到電源上，電的作用改變了工作介質(zhì)的化學狀態(tài)，這就是儲能。如將已儲能的電池極板接到負載，材料化學作用放出電荷返回到原始狀態(tài)，釋放出電能。單體電池一般很低，例如鉛酸蓄電池單體電池額定電壓為2V。因此較高電壓的電池一般由許多單體電池串聯(lián)組成。應當注意：不要自己將電池連接成你需要的電壓和容量，電池不能直接并聯(lián)！你只能按制造廠系列產(chǎn)品選擇你需要的電池容量和電壓。如果在每個電池端串聯(lián)一個二極管就可以并聯(lián)。在電池工作范圍內(nèi)，電池看起來像一個理想電壓源，但實際電源并非如此。首先，當充電時，端電壓會升高；放電時，端電壓會降低。這就說明蓄電池存在內(nèi)電阻，圖1.1是標稱電流壓12V的NiH電池的伏安特性，隨著輸出電流的增加，輸出電壓下降（類似正弦雙曲線）。標稱電壓為12V，電池放出電流為負，充電電流為正。電池放出小電流時，電池端有一個類似電阻的壓降，電流加倍壓降也幾乎加倍；在大電流時，電壓降增加減慢；在端電壓下降到零以前，電流可以達到非常大的數(shù)值，但絕對不能將電池短路，如果將NiH電池輸出短路將引起電池爆炸！其次，電池不是與頻率無關的電壓源，在充電和放電時，產(chǎn)生電化學作用需要一定的時間，等效為電容與內(nèi)阻并聯(lián)。此外，在典型開關頻率20kHz或更高時，電池有很大內(nèi)阻抗。這是因為電池端子間，內(nèi)部極板間存在小電感；例如，一個NiH（鎳－氫）電池可能具有200nH的感抗，五個這樣的電池串聯(lián)（獲得6V電壓）有大約1μH電感。如果開關頻率為200kHz，阻抗大約1Ω。所以這時電池不是理想電壓源，不可能吸收你的變換器產(chǎn)生的開關紋波，為此，通常在電池的兩端并聯(lián)一個電容，減少內(nèi)電感的影響。電池輸出電流和輸出電壓的關系還與溫度以及電池剩余電荷量有關。如果放電電流太大，會損傷電池。幾乎所有電池，如果在遠低于它的工作溫度下放電，也會損壞電池。例如密封鉛酸電池在低于－10℃不能工作,這就是為什么在很冷的天氣發(fā)動不了你的汽車。制造廠標定電池的容量一般以電池具有的電I(A)荷量－安時（電流×時間＝電荷AH）來表示。這使得電源設計者感到為難，你不能夠簡單得到2.00電池輸出參數(shù)與多大能量的關系，因為它不等于電池容量乘以輸出電壓；何況輸出電壓又與輸出0.00電流有關。這些參數(shù)關系由制造廠以曲線形式提供的，而曲線似乎不能直接找到你設計需要的工-2.00作點，需要從這些曲線來回參照得到你需要的數(shù)據(jù)。你自己測試電池是不切實際的，因為每個制造廠制造的電池總有些小的差別，所以你不能假10.011.012.013.014.0定每個電池具有相同的化學特性和安時定額，以電池電壓(V)及它們在同一場合具有相同的運行時間。圖1.1典型12V電池V-I特性另一個現(xiàn)象是自放電。如果你充好電的電池放置在那里，不接任何負載，它自己會逐漸失去存儲的能量。失去能量所需要的時間與化學工作介質(zhì)有關：如NiH電池24小時；密封鉛酸蓄電池在溫度25℃下約16月容量損失50%，溫度升高10℃,時間縮短一半。而某些鋰電池可達幾年不等。所以放置不用的鉛酸電池一般每3個月得進行充放電維護一次。電池不可能無限期充放電使用，電池也有壽命。在一定時間范圍內(nèi)，電池經(jīng)過多次充電/放電周期以后，不再能存儲額定容量，這個時間就是電池壽命的終止。它取決于電池如何工作，它經(jīng)歷了多少個充電/放電周期，放電的深度如何等等。例如，鉛酸密封電池放電深度50%額定容量，充放電可達500～600次；放電深度100%，壽命僅200～300充放電周期。即使電池用于備份，所謂浮充狀態(tài)（總是保持充滿狀態(tài)），在5～10年內(nèi)也需要更換。電池是一個不愉快的能源，它也是一個不舒服的負載。當你對電池補充充電－均衡充電時，你不能用一個電壓源對其充電，因為電池充電電流與電壓成指數(shù)關系，會造成充電電流熱失控，將導致電池損壞。因此所有類型電池充電必須采取限流措施。如果電池充滿，即達到額定電壓時，應當轉(zhuǎn)換到浮充電狀態(tài)，補充自放電失去的能量，以保證電池保持滿容量狀態(tài)。3手冊中指定充電電流（放電電流也一樣）稱為“C”。1C定額是假定電池充電1小時達到電池的額定容量值：例如以1C（20A）對20AH電池充電一小時的電池容量為1×20A=20AH。鉛酸電池通常均衡充電電流小于0.3C。均衡充電一般首先以0.15C恒流充電一定時間，當達到容量的90%后，再轉(zhuǎn)換到恒壓充電，進入浮充狀態(tài)。浮充電壓通常由生產(chǎn)廠家設置。環(huán)境溫度25℃時，一般按單體電池電壓2.23V～2.35V（大部分用2.23V～2.25V）之間設置浮充電壓。環(huán)境溫度每升高1℃,浮充電壓下降0.005V。充滿電時單體電池端電壓在2.23V左右。過充電和充電電流過大都會損傷電池，使電池壽命大大縮短。電池充足后，維持自放電浮充電流，一般在0.05C以下。鉛酸電池還不能過放電，一般認為單體電池端電壓達到1.75V應當終止放電。所以，要正確使用電池應當對電池的充、放電電壓、電流和容量（電流和時間積分）進行檢測和控制，才能保證電池的長壽命。各種不同化學機理的電池－鉛酸電池，鋰電池，鎳鎘電池，鋅－空氣和鎳氫（NiH）電池，無論那種，都具有自身的特性。所以你得花費一定時間去研究它們。最好的辦法是去找愿意和你緊密合作的制造商，并認真地聽取他們忠告。1.3負載開關電源供給各種不同的負載，各種負載都有自己的特性，負載對開關電源提出符合自己特性的要求。因此開關電源設計者必須了解負載特性，才能做好符合要求的電源。前面討論了蓄電池一般特性，如果開關電源作為充電器對電池充電。則開關電源必須具有恒流充電和浮充能力。這里不再討論。下面分別簡要說明其它負載要求計算機電源現(xiàn)代計算機要求電源高速切換。現(xiàn)在許多計算機電源為3.3V，從數(shù)據(jù)庫調(diào)出數(shù)據(jù)，要求電源能適應30A/μs負載躍變。舉例來說，假定負載從零變化到7A，花的時間小于1μs。如果你的開關電源的帶寬20kHz，要變化到新的負載水平時間為1/20kHz＝50μs，假設電流上升是線性的，那么你尚缺少的電荷量是(7A/2)50μs=175μC，如果允許3.3V電壓波動是66mV，如果此瞬態(tài)能量由電容提供，你應當需要175μC/66mV=3mF才能避免電壓跌落超過允許值。值得注意的是你不能用一個3300μF電容達到這個目的，而是應當用許多小電容并聯(lián)。這是因為母線上電壓跌落并不是變換器的帶寬限制，而是電容的ESR造成的。你需要最大ESR為66mV/7A＝9mΩ的電容。如果每個電容的ESR近似為100mΩ，需要11個電容并聯(lián)，最好選擇300μF的鉭電容。當然這種計算是假定變換器輸出到負載連線是無電感和電阻的，如果引線長，你就需要更高性能的電源。在以上計算中另一個假定是變換器有足夠的大信號響應。穩(wěn)定性在以后詳細討論，但你必須確定滿足小信號響應誤差放大器的擺率(slewrate)也應當是足夠的，但這不總是正確的。變換器的大信號帶寬不能大于小信號帶寬，如果運放擺率較低，大信號帶寬可能比較小。從以上的例子看到為使變換器體積減少，實質(zhì)上是要變換器具有較寬帶寬和高速放大器。在今天的工業(yè)界，這是繼續(xù)推動開關電源向更高的開關頻率（帶寬不超過開關頻率的一半）的主要原因，某些變換器的工作頻率現(xiàn)在已達2MHz，帶寬100kHz。要求低噪聲各種負載要求噪聲是不同的。例如蜂窩電源中射頻功率放大器要求低噪聲。變換器電源提供放大器柵極和漏極（放大器由FET構(gòu)成）電壓，如果電源上有變換器開關頻率的紋波，那么放大器輸出也就有紋波，因為輸出功率由柵極和漏極電壓決定，通過改變這些電壓來控制輸出功率大小。而放大器輸出是射頻，紋波是載波頻率的邊帶。由于紋波被接收機作為信號解調(diào)產(chǎn)生的邊帶，所以很容易看到你不需要的紋波（諧波）。有些情況就不一定。你的和提出要求的工程師研究研究，是否一定要很高的噪聲要求，并告訴他，噪聲要求越高，代價越大。要滿足低噪聲的要求，應當考慮電感電流在輸出電容ESR上產(chǎn)生的峰峰值紋波和二極管及晶體管轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的開關噪聲兩者的造成紋波。在要求非常低噪聲時，想用足夠大的濾波電感和多個電容并聯(lián)是不切實際的，一般在變換器輸出加后續(xù)線性調(diào)節(jié)器或外加濾波環(huán)節(jié)。后續(xù)線性調(diào)節(jié)器決不是好的選擇，因為效率低。一般的辦法在主濾波器后面增加一級LC濾波器（圖1.2）。如果反饋從原來輸出電容端取回，主反饋保持原來的穩(wěn)定性，而與外加濾波無關。但外加的LC濾波是不可控制的，當階躍負載時將引起振鈴現(xiàn)象，破壞了引入附加濾波器的目的。4如果將反饋包含外加濾波器，這將引入兩個額外的極點，這兩個極點要是處于低頻段，將引起變換器工作的不穩(wěn)定。一般取外加濾波器的諧振頻率為變換器帶寬的10倍，僅需要很小的相位補償處理（在以后詳細討論），同時仍然能給開關頻率適當?shù)厮p。一般電感取得較小，電容較大，減少變換器的輸出阻抗。串聯(lián)電感在數(shù)百nH到幾個μH，一般不用鐵氧體磁珠，磁珠不能抗直流磁化，而采用小的MPP（皮莫合金磁粉芯）磁珠或鐵硅鋁磁芯，1匝輸出匯流條通過它即可。如果你既要快速瞬態(tài)響應，又要低噪聲，那是最糟糕的變換器主附加濾波器濾波電感負載。那你得運用以上的技術，還得花費許多心血。變換器主大約在100年前出現(xiàn)的，一直使用大量的鐵和銅，輸出濾波電容而不是半導體。它是由線供電，而不是電網(wǎng)供電，這就是為什么電燈不亮，而照樣暢通。電源距離在幾百米，圖1.2附加LC濾波獲得低噪聲輸出甚至幾千米以外，在和電源之間引入了較大電線電阻和電感。有三個不同的模式：既不通話又沒有振鈴，通話，待通。這三種狀態(tài)具有不同的特性，每種特性在每個國家也是不同的。為了解驅(qū)動振鈴有多困難，拿出一些數(shù)據(jù)來考慮。在振鈴狀態(tài)，看起來像一個電感和電容串聯(lián)并用一個低頻正弦波電源驅(qū)動。此正弦波在端電壓最小40Vrms(美國)或35V（德國）。實際上，由于電源輸出在達到之前經(jīng)過不同阻抗分壓，需要的驅(qū)動電源電壓要高得多。美國近似7kΩ與8μF串聯(lián)，驅(qū)動電源是20Hz正弦波。而德國似乎是3.4kΩ與850nF串聯(lián)，用25Hz驅(qū)動。法國是大于2KΩ和小于2.2μF,可以用25Hz或50Hz驅(qū)動，取決于是差動（平衡）還是不對稱驅(qū)動。本身作為負載更是五花八門，阻抗由6kΩ～60kΩ，或更高。也不知道這些是怎樣電源供電，除非這個國家自行規(guī)定。甚至一個電源同時帶5個機。熒光燈熒光燈是另一個特殊負載，用一個特殊的稱為鎮(zhèn)流器的電源驅(qū)動。燈管就有很多類型，不同長度燈管和環(huán)形燈管，冷陰極大臺燈，廣場照明的鈉燈等等。他們具有不同發(fā)光和電氣特性，但在他們之間重要的不同是否具有加熱燈絲。不需要燈絲的，僅需要兩根導線的稱為直接啟動燈管；如果有加熱燈絲，還需要增加兩根加熱燈絲導線稱為快速啟動燈管。因其他特性相同，這里僅討論有燈絲的熒光燈。熒光燈管是充氣的例如充有氬氣和一滴水銀液體，水銀在工作時蒸發(fā)成氣體。玻璃管內(nèi)壁涂敷類似顯象管的熒光物質(zhì)。工作時電壓通過氣體加在管兩端，燈管實際上有一個陰極和一個陽極，但加在燈管上是交流電，不必要區(qū)分正負。用交流可減少電極的電蝕。必須有足夠的啟動電壓才能使燈管內(nèi)的氣體電離，也就是說電離形成等離子。等離子發(fā)出紫外線光，激發(fā)了涂敷在管內(nèi)壁的熒光物質(zhì)轉(zhuǎn)變成可見光。它比利用高溫加熱發(fā)光的白熾燈發(fā)光效率高。燈管內(nèi)的水銀是劇毒物質(zhì)，請不要隨地將燈管打破，否則嚴重破壞環(huán)境。當燈管關斷時，它呈現(xiàn)高阻抗，因為水銀是液體，需要高壓啟動。冷陰極型（即沒有燈絲）就需要一定時間高壓以后導通它。帶有燈絲需要加熱燈絲，應用數(shù)百毫秒時間加高壓，預熱大大地降低了燈管的壽命。由于早先電子鎮(zhèn)流器忽視這個問題，電子鎮(zhèn)流器業(yè)發(fā)展較慢。在燈絲預熱加上高壓以后，燈管導通。一旦燈管導通，燈管近似像一個穩(wěn)壓管，如流過燈管的電流加倍，但燈管端電壓或許只變化10%。管子通過加倍的電流，當然亮度也加倍，壽命也因此降低。因此需要一個鎮(zhèn)流器，保持燈管亮度，同時使電壓、電流保持在燈管廠家規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。在導通狀態(tài)，燈絲仍然發(fā)熱，但已遠小于預熱時的功率。燈絲是電阻絲，可減少燈絲電壓減少發(fā)熱，而延長燈管壽命。負載時各式各樣的，可見，不研究負載特性去做電源是不可能做好的。1.4安全研究、開發(fā)和使用電源，當然要與交流電網(wǎng)高壓打交道。常常碰到不僅是交流高壓（220V/380V），而且還要遇到300V/500V直流。因此使用和操作人員應當時刻注意到用電的人身安全。國際及各國都制定了電氣設備的安全標準。輸出5應當知道，觸電時是電流危及生命，而不是電壓。人體感覺到刺激的電流1mA，通過人體的電流達數(shù)十mA以上時，肌肉就產(chǎn)生收縮抽搐現(xiàn)象，使人體不能自己離開電線。將使心臟喪失擴張和收縮能力，直至死亡。但各人對電流的敏感程度相差較大。如表1.2所示。究竟多大電流、多長時間造成死亡尚不明白。為防護觸電，許多國家規(guī)定允許觸電電流與時間的乘積為30mAS。各國規(guī)定允許觸電電壓如表1.3。不管怎樣，應當注意安全問題。首先，應避免帶電操作。即轉(zhuǎn)接電路時，應當在斷電情況下接線。如果高于50V直流，應一只手接觸電路,一只手放在背后，避免電流經(jīng)一只手流經(jīng)心臟，再流過另一只手構(gòu)成回路。同樣的理由，對地通路表1.2DC(mA)AC(mA)不導電。如果你的皮鞋橡膠50Hz10kHz底破了，就不必再穿了。男女在許多電源中，由電網(wǎng)輸入（220V或380V）直接整流濾波，或經(jīng)過PFC變換輸出高壓直流提供DC/DC表1.3變換器。有時需要測量電路一般場所潮濕場所其它波形。你是否知道示波器的金屬外殼是接地德、澳65V日、瑞典25V移動設備25V(IEC)的？你是否還知道示波器輸入地與外殼是相英國55V法國24V德國24V（家畜）連的？你是否還知道交流電網(wǎng)的中線、地線日、瑞士、法國、英國45V(住宅)瑞典50V(IEC)的連接方式？如果你不知道，就可能在測量我國國家規(guī)定安全電壓12～50V，由有關規(guī)程和使用環(huán)境選操作被電擊或損壞被測電路元件。作者曾多用。航空30V次經(jīng)歷過這樣的事例：用示波器觀察直接由單相電網(wǎng)可控整流電路，而造成操作者觸電和燒毀可控硅整流器，還有甚至損壞了控制電路。其中一個是示波器與整流器同一交流電源供電，示波器雖然有三線插頭，但是配電電路地線與中線是相連的，這就造成示波器接地外殼將被測電路短路。從安全考慮，示波器必須三線制供電，即相、中和地－三線插頭。為了避免短路，示波器應當用一個變比為1:1的隔離變壓器隔離供電，這就避免了接觸任何高電位。即便如此，在檢測高于表2所示安全電壓的路時，也應當在斷電的情況下轉(zhuǎn)換測試點。如果電路中直流高壓大電容，在斷電情況下，即使設置了放電電阻（一般在大電容上并聯(lián)大電阻），仍需等待一定時間，要確認電容電壓是否完全放電后，才能進行電路操作。實驗室內(nèi)的桌面應當有絕緣墊，座椅最好不是導電材料。地面也應當良好絕緣。不太痛苦有痛苦感痛苦難忍，肌肉不自由呼吸困難，肌肉收縮5.26274903.5415060男1191623女0.6610.515男12557594女837506361.緒論在開關模式的功率轉(zhuǎn)換器中，功率開關的導通時間是根據(jù)輸入和輸出電壓來調(diào)節(jié)的。因而，功率轉(zhuǎn)換器是一種反映輸入與輸出的變化而使其導通時間被調(diào)制的獨立控制系統(tǒng)。由于理論近似，控制環(huán)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(zhàn)并且常常走入誤區(qū)。下面幾頁將展示控制環(huán)的簡單化近似分析，首先大體了解開關電源系統(tǒng)中影響性能的各種參數(shù)。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(huán)的特性有關。測試結(jié)果和測量方法也包含在其中。2.基本控制環(huán)概念2.1傳輸函數(shù)和博得圖系統(tǒng)的傳輸函數(shù)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(tǒng)的閉環(huán)增益是環(huán)路里各個部分增益的乘積。在博得圖中，增益用對數(shù)圖表示。因為兩個數(shù)的乘積的對數(shù)等于他們各自對數(shù)的和，他們的增益可以畫成圖相加。系統(tǒng)的相位是整個環(huán)路相移之和。

2.2極點數(shù)學上，在傳輸方程式中，當分母為零時會產(chǎn)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(chǎn)生一個極點。圖1舉例說明一個低通濾波器通常在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個極點。其傳輸函數(shù)和博得圖也一并給出。2.3零點零點是頻域范圍內(nèi)的傳輸函數(shù)當分子等于零時產(chǎn)生的。在博得圖中，零點發(fā)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(jīng)常出現(xiàn)于BOOST和BUCK-BOOST轉(zhuǎn)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(tǒng)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。

3.0開關電源的理想增益相位圖設計任何控制系統(tǒng)首先必須清楚地定義出目標。通常，這個目標是建立一個簡單的博得圖以達到最好的系統(tǒng)動態(tài)響應，最緊密的線性和負載調(diào)節(jié)率和最好的穩(wěn)定性。理想的閉環(huán)博得圖應該包含三個特性：足夠的相位裕量，寬的帶寬，和高增益。高的相位裕量能阻尼振蕩并縮短瞬態(tài)調(diào)節(jié)時間。寬的帶寬允許電源系統(tǒng)快速響應線性和負載的突變。高的增益保證良好的線性和負載調(diào)節(jié)率。

3.1相位裕量參看圖4，相位裕量是在穿越頻率處相位高于0度的數(shù)量。這不同于大多數(shù)控制系統(tǒng)教科書里提出的從-180度開始測量相位裕量。其中包括DC負反饋所提供的180度初始相移。在實際測量中，這180度相移在DC處被補償并允許相位裕量從0度開始測量。根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)，當系統(tǒng)的相位裕量大于0度時，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。然而，有一個邊界穩(wěn)定區(qū)域存在，此處（指邊界穩(wěn)定區(qū)，譯注），系統(tǒng)由于瞬態(tài)響應引起振蕩到經(jīng)過一個長的調(diào)節(jié)時間最終穩(wěn)定下來。如果相位裕量小于45度，則系統(tǒng)在邊界穩(wěn)定。當相位裕量超過45度時，能提供最好的動態(tài)響應，短的調(diào)節(jié)時間和最少過沖。3.2增益帶寬增益帶寬是指單位增益時的頻率，見圖4，增益帶寬就是穿越頻率Fcs。最大穿越頻率的主要限制因素是電源的開關頻率。根據(jù)采樣定理，如果采樣頻率小于2倍信號頻率（更嚴謹一點的說法是應該小于2倍最大信號頻率，譯注），則被采樣的信息就不能被完全讀取在開關電源中，開關頻率可以從輸出紋波中看得出來，它是錯誤的信息，并且必須不被控制環(huán)路所傳遞。因此，系統(tǒng)的穿越頻率必須小于開關頻率的一半，否則，開關噪聲和紋波會扭曲輸出電壓中想要得到的信息，并導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.3增益高的系統(tǒng)增益對于保證好的線性和負載調(diào)節(jié)率提供重要貢獻。它能夠使PWM比較器在響應輸入輸出電壓的變化時精確地改變電源開關的占空比，通常，需要在決定高增益和低相位裕量之間做出權衡。

4.實際設計分析舉例用經(jīng)典環(huán)路控制分析方法，開關調(diào)整器的控制環(huán)分為四個主要部分：輸出濾波器，PWM電路，誤差放大器補償和反饋。圖5用方塊圖舉例說明這四部分，圖6舉例說明一個開關電源電路圖。

首先，輸出電壓被反饋網(wǎng)絡降壓，然后把這個反饋電壓送入誤差放大器，使之與基準電壓相比較而產(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H(s)反饋網(wǎng)絡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)換為目標輸出電壓。小信號分析得到：

輸出電容的ESR和反饋網(wǎng)絡的電阻（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。

4.3PWM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?。AS3842PWM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（此句應該理解為R5是這個AS3842開關電源電路中，誤差放大器部分的輸出阻抗，譯注）。這一點在應用文檔“SecondaryerroramplifierwiththeAS431”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腳當其試圖拉電流超過它的最大輸出電流時的輸出阻抗。

當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，然后可以設定誤差放大器補償網(wǎng)絡以取得最優(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。圖15（原文誤為圖13，譯注）給出系統(tǒng)的瞬態(tài)響應。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)響應見圖14（原文誤為圖15，譯注），注意更少的相位裕量導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載調(diào)節(jié)率。還應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。

6.測量方法為了保證準確的結(jié)果，測試信號接入節(jié)點的阻抗必須大于它的輸出阻抗。在圖6的測試電路中，誤差放大器在副邊，PWM電路在主邊。測試信號在光耦的輸出和AS3842的VCOMP輸入之前接入。輸入阻抗是從VCOMP腳看入時的阻抗，輸出阻抗是光耦的輸出阻抗。在其他誤差放大器和PWM電路沒有隔離的應用中，測試信號可以在輸出濾波電容之后接入，使其與誤差放大器的輸入相串聯(lián)。基于UC3844的反激式開關電源控制環(huán)路設計實例管曉磊哈爾濱九洲電氣股份,黑龍江哈爾濱150081摘要:電流型控制芯片UC3844已經(jīng)廣泛應用在開關電源中,本文是基于UC3844設計的控制環(huán)路,闡述了反激式開關電源控制環(huán)路的一般方法。關鍵詞:控制環(huán)路設計UC3844反激開關電源引言在開關電源的設計過程中,控制環(huán)路的設計至關重要,控制環(huán)路的設計可以決定電源的成敗與否。開關電源的控制方式有電流控制方式和電壓控制方式兩種。電源系統(tǒng)的傳遞函數(shù)隨控制方式的不同而有很大差異,因此在環(huán)路設計分析時,應獨立分開。本文對基于UC3844構(gòu)建的開關電源控制環(huán)路進行設計分析.論述開關電源電流型控制環(huán)路設計的一般方法。1.UC3844概述Uc3844是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路如圖l所示,它集成了振蕩器、具有溫度補償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準欠電壓鎖定電路及PWM鎖存器電路。圖12.反饋環(huán)路設計圖2為電流控制方式的雙管反激開關電源的反饋控制環(huán)路電路。其中電流型控制芯片UC3844放在開關線圈的初級,控制功率開關。在次級電路中,穩(wěn)壓器件TL431作為基準和反饋誤差放大器,采樣輸出,并產(chǎn)生相應的誤差電壓。該誤差電壓通過光耦TLP521-1轉(zhuǎn)變成誤差電流,耦合到初級中,作為控制芯片UC3844的輸入。UC3844通過此輸人,產(chǎn)生相應的占空比信號來控制功率開關。由于在設計中運用了TL431內(nèi)部的反饋運算放大器,所以在光耦接UC3844時,略過了UC3844的內(nèi)部運放,直接把誤差輸入接UC3844內(nèi)部運放的輸出端,這種設計可以把反饋信號的傳輸時間縮短一個放大器的傳輸時間,使電源的動態(tài)響應更快。圖2中部分參數(shù)如下,輸入電壓415~630VDC,主輸出為15V/0.6A20V/1.8A,初級匝數(shù)為96匝,次級匝數(shù)15V一路為4匝,20V一路為5匝,開關頻率為40KHZ,R4為17.8k,C6C7R7為待求的補償參數(shù);圖2(應用在大功率開關電源中的輔助電源控制部分3.系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定標準穩(wěn)定性通常用相位裕量φm和增益裕量Gm兩個參數(shù)來衡量][1。φm為當閉環(huán)系統(tǒng)中增益穿越頻率(Gs=0dB所對應的相位值與360。的差值;Gm為相位在360。時的增益值低于單位增益的量。在工程設計中,通常要求Gm<-10dB,φm≥45。][2,這是因為如果φm在小,就意味著相位向360。靠近,就是一個亞穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),這樣在負載或母線發(fā)生較大瞬態(tài)變化時,電源就會產(chǎn)生振蕩。4.電流型常用的誤差放大補償器主要有單極點補償器具有帶寬增益限制的單極點補償器極點零點補償器和雙極點雙零點補償器,下圖3所示為本文所要采用的極點零點補償器電路圖,圖4為補償器的博德圖圖3圖4這種補償器用在具有單極點濾波響應的拓撲中,這些拓撲有:電壓型控制電流斷續(xù)的反激式變換器和電流型控制正激式變換器和反激式變換器。該補償器有直流增益大,相位超前的特性。這種補償方法在直流處有一個極點,通過提高誤差放大器的開環(huán)增益來改善輸出調(diào)節(jié)性能,在輸出濾波器最低極點頻率或以下引入一個零點,以補償濾波器的極點引起的相位滯后。補償器的最后一個極點用來衰減高頻分量,以抵消輸出濾波電容ESR引起的零點作用。5.控制環(huán)路參數(shù)設計通常,主電路是根據(jù)應用要求設計的,設計時一般不會提前考慮控制環(huán)路的設計。在這里,主要介紹控制環(huán)路的設計,其他主功率部分就不在敘述。本文直接根據(jù)控制到輸出特性來設計控制環(huán)路,控制到輸出特性定義為電源系統(tǒng)中不考慮誤差放大器的特性,誤差電壓輸入到PWM的點作為系統(tǒng)輸入點,輸出反饋電壓輸入到誤差放大器負端的點作為系統(tǒng)輸出點,如圖5所示圖5本文是采用電流型控制的反激式變換器,為了得到好的負載調(diào)整率和暫態(tài)響應,選用極點零點補償器,首先要知道控制到輸出的特性的直流增益,Adc=((Vin-Vout2/Vin△V×(Nout/NinAdc[3]=((630V-15V2/630V*1V×(4匝/96匝=25.04該增益用分貝表示為Gdc=20lg04.25=28dB,然后確定濾波器的極點,雖然+15V占檢本文是把控制理論與開關電源的控制環(huán)路相結(jié)合的工程算法，是一種通用性比較強的方法，闡述了雙管反激開關電源中基于TLP521-1和TL431配合環(huán)路的補償設計，通過選擇合適的零極點保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。本電路已隨產(chǎn)品大批量生產(chǎn)應用到現(xiàn)實領域當中，證明本方案的可行性。參考文獻[1]韓林華，吳遁陵，史小軍，朱為，堵國梁，反激開關電源中基于PC817A與TIA31配合的環(huán)路動態(tài)補償設計.電子工程師，2005，（11）.[2]張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計.北京:電子工業(yè)出版社,1998[3]MartyBrown著徐德鴻等譯開關電源設計指南.北京：機械工業(yè)出版社TheControl-loopDesignExampleofFlybackSMPSBaseonUc3844GuanXiaoLei（HARBINJIUZHOUELECTRICCO.,LTD，HaErBin150081China）【Abstract】Currentcontrolpulse-durationmodulationchipUc3844hasbeenwidelyappliedinthedesignofflybackSwitch-ModePowerSupply,ThisarticleisbasedonthedesignofthecontrolloopUC3844,OnflybackswitchingpowersupplycontrolloopofthegeneralapproachKeyWord:Controlloopdesign;Uc3844;FlybackSwitchingmodepowersupply;作者簡介：管曉磊（1984-）男助理工程師研究方向為大功率高頻開關電源用E5061B測試開關電源的環(huán)路增益本文就開關電源的基本原理,環(huán)路增益(業(yè)界也叫波特圖測試對儀表的要求,以及具體的測試示例做了簡要的介紹。首先讓我們來看看開關電源的簡單的工作原理。上圖是一個開關電源工作的基本框圖。交流輸入電壓在經(jīng)過噪聲濾波器,整流器/平滑電路和一個低通濾波器后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鬏敵觥Ｈ绾巫屳敵鲭妷罕３趾愣?需要引入一個反饋環(huán)路。其中的一個關鍵部件是誤差放大器,輸出電壓經(jīng)過反饋網(wǎng)絡后輸入到運算放大器的反相端,與正相端的參考電壓相比較。如果輸出電壓過高,這個運算放大器的反相輸入端電壓將高于同相輸入端電壓,從而使運算放大器的輸出為負,降低電源輸出電壓。如果輸出電壓過低則有相反情況發(fā)生。運算放大器兩個輸入端之間的差值被誤差放大器放大后,用來改變脈沖寬度調(diào)制器的脈沖寬度。開關轉(zhuǎn)換器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖寬度來改變開關電源的輸出電壓。上圖圖說明具體的開關行為。脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生脈沖,其占空比隨誤差放大器的輸出改變。圖的右邊表示脈沖寬度調(diào)制器的輸出,左邊表示通過低通濾波器后的輸出電壓。我們可以看到輸出電壓的幅度隨脈沖占空比大小而改變。開關電源就是通過這樣的一個反饋環(huán)路實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。目前業(yè)界對開關電源的測試更多的是測試它的帶載能力以及輸出的紋波。也就是說更多的傾向于開關電源外特性的測試。但是我們從上面可以看出,開關電源的環(huán)路更需要準確的評估。環(huán)路是否穩(wěn)定需要有量化的指標,比如大家所熟知的增益裕量和相位裕量就是衡量開關電源環(huán)路穩(wěn)定的指標。環(huán)路增益測量對儀器的要求環(huán)路增益的測試需要用到矢量網(wǎng)絡分析儀,下表給出了其對儀表的要求:對儀器的要求a.頻率范圍從10Hz至50Hz或更多b.窄帶寬c.小的頻率增量d.對數(shù)掃頻e.增益和相位格式f.光標功能:至少4個光標(每個余量2個光標或具有光標差值顯示功能g.小功率電平h.具有高阻抗測試能力E5061B(網(wǎng)絡分析儀a.頻率范圍:5Hz至3GHzb.中頻帶寬:1Hz至300kHzc.測試點數(shù):2到1601點數(shù)頻率分辨率:1mHzd.掃頻類型:對數(shù)掃頻e.格式:對數(shù)幅度和相位f.光標:9個光標具有光標差值功能g.輸出功率電平:-45dBm至20dBmh.1M?/50?內(nèi)部可以切換過去大家一般會用到4395A(10Hz-500MHz去測試開關電源,由于4395A內(nèi)部沒有50歐/1兆歐的轉(zhuǎn)換,需要外置41802A才能實現(xiàn)測試。DC-DC轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益對DC-DC轉(zhuǎn)換器/開關模式電源來說,反饋環(huán)路分析法是評估它們控制環(huán)路電路穩(wěn)定性的一項必要的測試方法。讓我們來練習如何測試環(huán)路特性。反饋函數(shù)轉(zhuǎn)移函數(shù)的測量,T/R=-Aβ。基本的測試原理是:掃頻信號源輸出的信號注入到環(huán)路,下圖中藍色箭頭所示。網(wǎng)絡儀內(nèi)部的接收機R監(jiān)測環(huán)路輸入信號的大小,經(jīng)過環(huán)路輸出的信號進入網(wǎng)絡儀內(nèi)部的T接收機。二者之比T/R即環(huán)路的增益。也就是信號沿下圖紅色虛線所走的路徑。信號注入裝置可以采用變壓器電阻或者運算放大器的加法電路。具體的測試連接如下圖:E5061B的LF輸出端的輸出掃頻信號經(jīng)過一個隔離變壓器注入到環(huán)路里面,隔離變壓器主要有兩個作用,第一個作用是保護儀表?？梢员苊猸h(huán)路的直流信號串入E5061B。另一個作用是阻抗變換,實現(xiàn)匹配。E5061B的LF端口的特性阻抗是50歐,所以在隔離變壓器的次級串了個50歐的電阻R5。需要注意的是:隔離變壓器需要足夠的帶寬,而且在所測試的帶寬范圍內(nèi)阻抗盡量保持在50歐左右。另外,在測試過程中,開關電源的負載通常建議在空載,半載和滿載的情況下分別測試環(huán)路增益。DC-DC轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益,步驟(1如下圖所示,把DUT與直流電源和E5061B相連DC-DC轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益,步驟(2為方便操作,[*]表示E5061B面板上的硬功能鍵(*表示E5061B的軟功能鍵按如下步驟設置E5061B:1.[Preset](OK將儀表設到預置狀態(tài),2.[Meas],(MeasurementPort->Gain-Phase,選擇測試的模式為增益,相位。也就是大家熟悉的波特圖模式。3.[Start],100Hz,[Stop]1MHz,根據(jù)自己的需要設置測試的頻率范圍4.[SweepSetup],(Power,-10dBm,(Return,(SweepType->LogFreq,設置E5061B的輸出功率,要注意不能設太高,否則會造成環(huán)路飽和。同時設置橫軸的掃描為對數(shù)掃描5.[Avg],(IFBWAuto->ON,(IFBWAutoLimit,100Hz,設置E5061B的接收機的中頻帶寬。6.[Display],(NumofTraces,2,(AllocateTraces,x2,將顯示分為上下兩個圖。7.按[Tracenext],激活trace-1,按[Format],選(LogMag,按[Tracenext],激活trace-2,按[Format],選(Phase。設置直流電源的輸出電壓為+5V(具體電壓大小根據(jù)自己的開關電源來設定,打開DUT(注意增加輸出電壓時不要損壞DUT?，F(xiàn)在你可以在屏幕上看到類似上圖的環(huán)路增益和相位響應。按[Tracenext]激活trace-1,按[Markersearch](target,(SearchTarget將搜索的目標值設到0dB,這時可以看到光標會跳到如上圖所示的0dB點,現(xiàn)在你可以在曲線2上看到相位裕量為90度左右,這要遠遠高于一般的穩(wěn)定準則值(>60度。通過這樣的測試,我們可以對開關電源的內(nèi)部環(huán)路特性做很好的評估。研發(fā)工程師可以因而改善開關電源的性能。品管工程師可以對開關電源的性能做全方位的跟蹤。開關電源控制環(huán)設計資料來源:Switchingpowersupplycontrolloopdesign(ASTEC-ApplicationNote5譯者:smartway1.緒論在開關模式的功率轉(zhuǎn)換器中,功率開關的導通時間是根據(jù)輸入和輸出電壓來調(diào)節(jié)的。因而,功率轉(zhuǎn)換器是一種反映輸入與輸出的變化而使其導通時間被調(diào)制的獨立控制系統(tǒng)。由于理論近似,控制環(huán)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(zhàn)并且常常走入誤區(qū)。下面幾頁將展示控制環(huán)的簡單化近似分析,首先大體了解開關電源系統(tǒng)中影響性能的各種參數(shù)。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(huán)的特性有關。測試結(jié)果和測量方法也包含在其中。2.基本控制環(huán)概念2.1傳輸函數(shù)和博得圖系統(tǒng)的傳輸函數(shù)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(tǒng)的閉環(huán)增益是環(huán)路里各個部分增益的乘積。在博得圖中,增益用對數(shù)圖表示。因為兩個數(shù)的乘積的對數(shù)等于他們各自對數(shù)的和,他們的增益可以畫成圖相加。系統(tǒng)的相位是整個環(huán)路相移之和。2.2極點數(shù)學上,在傳輸方程式中,當分母為零時會產(chǎn)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(chǎn)生一個極點。圖1舉例說明一個低通濾波器通常在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個極點。其傳輸函數(shù)和博得圖也一并給出。2.3零點零點是頻域范圍內(nèi)的傳輸函數(shù)當分子等于零時產(chǎn)生的。在博得圖中,零點發(fā)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(jīng)常出現(xiàn)于BOOST和BUCK-BOOST轉(zhuǎn)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(tǒng)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。3.0開關電源的理想增益相位圖設計任何控制系統(tǒng)首先必須清楚地定義出目標。通常,這個目標是建立一個簡單的博得圖以達到最好的系統(tǒng)動態(tài)響應,最緊密的線性和負載調(diào)節(jié)率和最好的穩(wěn)定性。理想的閉環(huán)博得圖應該包含三個特性:足夠的相位裕量,寬的帶寬,和高增益。高的相位裕量能阻尼振蕩并縮短瞬態(tài)調(diào)節(jié)時間。寬的帶寬允許電源系統(tǒng)快速響應線性和負載的突變。高的增益保證良好的線性和負載調(diào)節(jié)率。3.1相位裕量參看圖4,相位裕量是在穿越頻率處相位高于0度的數(shù)量。這不同于大多數(shù)控制系統(tǒng)教科書里提出的從-180度開始測量相位裕量。其中包括DC負反饋所提供的180度初始相移。在實際測量中,這180度相移在DC處被補償并允許相位裕量從0度開始測量。根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù),當系統(tǒng)的相位裕量大于0度時,此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。然而,有一個邊界穩(wěn)定區(qū)域存在,此處(指邊界穩(wěn)定區(qū),譯注,系統(tǒng)由于瞬態(tài)響應引起振蕩到經(jīng)過一個長的調(diào)節(jié)時間最終穩(wěn)定下來。如果相位裕量小于45度,則系統(tǒng)在邊界穩(wěn)定。當相位裕量超過45度時,能提供最好的動態(tài)響應,短的調(diào)節(jié)時間和最少過沖。3.2增益帶寬增益帶寬是指單位增益時的頻率,見圖4,增益帶寬就是穿越頻率Fcs。最大穿越頻率的主要限制因素是電源的開關頻率。根據(jù)采樣定理,如果采樣頻率小于2倍信號頻率(更嚴謹一點的說法是應該小于2倍最大信號頻率,譯注,則被采樣的信息就不能被完全讀取。在開關電源中,開關頻率可以從輸出紋波中看得出來,它是錯誤的信息,并且必須不被控制環(huán)路所傳遞。因此,系統(tǒng)的穿越頻率必須小于開關頻率的一半,否則,開關噪聲和紋波會扭曲輸出電壓中想要得到的信息,并導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.3增益高的系統(tǒng)增益對于保證好的線性和負載調(diào)節(jié)率提供重要貢獻。它能夠使PWM比較器在響應輸入輸出電壓的變化時精確地改變電源開關的占空比,通常,需要在決定高增益和低相位裕量之間做出權衡。4.實際設計分析舉例用經(jīng)典環(huán)路控制分析方法,開關調(diào)整器的控制環(huán)分為四個主要部分:輸出濾波器,PWM電路,誤差放大器補償和反饋。圖5用方塊圖舉例說明這四部分,圖6舉例說明一個開關電源電路圖。首先,輸出電壓被反饋網(wǎng)絡降壓,然后把這個反饋電壓送入誤差放大器,使之與基準電壓相比較而產(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H(s反饋網(wǎng)絡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)換為目標輸出電壓。小信號分析得到:輸出電容的ESR和反饋網(wǎng)絡的電阻(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。4.3PWM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?。AS3842PWM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(此句應該理解為R5是這個AS3842開關電源電路中,誤差放大器部分的輸出阻抗,譯注。這一點在應用文檔“SecondaryerroramplifierwiththeAS431”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腳當其試圖拉電流超過它的最大輸出電流時的輸出阻抗。當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,然后可以設定誤差放大器補償網(wǎng)絡以取得最優(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.圖15(原文誤為圖13,譯注給出系統(tǒng)的瞬態(tài)響應.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)響應見圖14(原文誤為圖15,譯注,注意更少的相位裕量導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載調(diào)節(jié)率.還應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.6.測量方法為了保證準確的結(jié)果,測試信號接入節(jié)點的阻抗必須大于它的輸出阻抗.在圖6的測試電路中,誤差放大器在副邊,PWM電路在主邊.測試信號在光耦的輸出和AS3842的VCOMP輸入之前接入.輸入阻抗是從VCOMP腳看入時的阻抗,輸出阻抗是光耦的輸出阻抗.在其他誤差放大器和PWM電路沒有隔離的應用中,測試信號可以在輸出濾波電容之后接入,使其與誤差放大器的輸入相串聯(lián).全文完2006-6-6開關電源的EMC設計開關電源因體積小、功率因數(shù)較大等優(yōu)點,在通信、控制、計算機等領域應用廣泛。但由于會產(chǎn)生電磁干擾,其進一步的應用受到一定程度上的限制。本文將分析開關電源電磁干擾的各種產(chǎn)生機理,并在其基礎之上,提出開關電源的電磁兼容設計方法。開關電源的結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先將工頻交流整流為直流,再逆變?yōu)楦哳l,最后再經(jīng)整流濾波電路輸出,得到穩(wěn)定的直流電壓。電路設計及布局不合理、機械振動、接地不良等都會形成內(nèi)部電磁干擾。同時,變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復電流造成的尖峰,也是潛在的強干擾源。圖1AC/DC開關電源基本框圖1●開關電路開關電路主要由開關管和高頻變壓器組成。開關管及其散熱片與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容,它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富。開關管負載為高頻變壓器初級線圈,是感性負載。當原來導通的開關管關斷時,高頻變壓器的漏感產(chǎn)生了反電勢E=-Ldi/dt,其值與集電極的電流變化率成正比,與漏感成正比,迭加在關斷電壓上,形成關斷電壓尖峰,從而形成傳導干擾。●整流電路的整流二極管輸出整流二極管截止時有一個反向電流,其恢復到零點的時間與結(jié)電容等因素有關。它會在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下產(chǎn)生很大的電流變化di/dt,產(chǎn)生較強的高頻干擾,頻率可達幾十兆赫茲?！耠s散參數(shù)由于工作在較高頻率,開關電源中的低頻元器件特性會發(fā)生變化,由此產(chǎn)生噪聲。在高頻時,雜散參數(shù)對耦合通道的特性影響很大,而分布電容成為電磁干擾的通道。2外部干擾源可以分為電源干擾和雷電干擾,而電源干擾以“共模”和“差?！狈绞酱嬖凇Ｍ瑫r,由于交流電網(wǎng)直接連到整流橋和濾波電路上,在半個周期內(nèi),只有輸入電壓的峰值時間才有輸入電流,導致電源的輸入功率因數(shù)很低(大約為0.6。而且,該電流含有大量電流諧波分量,會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染”。EMC產(chǎn)生電磁干擾有3個必要條件:干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感設備,EMC設計的目的就是破壞這3個條件中的一個。針對于此,主要采取的方法有:電路措施、EMI濾波、屏蔽、印制電路板抗干擾設計等。1軟開關是在硬開關基礎上發(fā)展起來的一種基于諧振技術或利用控制技術實現(xiàn)的在零電壓/電流狀態(tài)下的先進開關技術。軟開關的實現(xiàn)方法是:在原電路中增加小電感、電容等諧振元件,在開關過程前后引入諧振,消除電壓、電流的重疊。圖2給出了一種使用軟開關技術的基本開關單元。圖2降壓斬波器中的基本開關單元2在開關控制電源的輸入部分加入緩沖電路(見圖3,其由線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡組成,用于消除電力線干擾、電快速瞬變、電涌、電壓高低變化和電力線諧波等潛在的干擾。緩沖電路器件參數(shù)為D1為MUR460,R1=500Ω,C=6nF,L=36mH,R=150Ω。圖3緩沖電路3EMI在開關電源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器,是抑制傳導發(fā)射的一個很有效方法。其參數(shù)主要有:放電電阻、插入損耗、Cx電容、Cy電容和電感值。其中,插入損耗是濾波器性能的一個關鍵參數(shù)。在考慮機械性能、環(huán)境、成本等前提下,應該盡量使插入損耗大一些。用共模、差模干擾的測量結(jié)果與標準限值,加上適當?shù)脑Ａ靠傻玫綖V波器的插入損耗IL。ILCM(dB=Vcm(dB-Vlimt(dB-3(dB+M(dB(1ILDM(dB=VDM(dB-Vlimt(dB-3(dB+M(dB(2式中,3dB表示在分離共模、差模傳導干擾的測試過程中測試結(jié)果比實際值大3dB;M(dB表示設計裕量,一般取6dB;Vlimit(dB為相關標準如CISPR,FCC等規(guī)定的傳導干擾限值。圖4是220V/50Hz交流輸入的開關電源交流側(cè)EMI濾波器的電路。Cy=3300pF,L1、L2=0.7mH,它們構(gòu)成共模濾波電路,抑制0.5~30MHz的共模干擾信號。Cx=0.1μF,L3、L4=200~500μH,采用金屬粉壓磁芯,與L1/L2、Cx構(gòu)成L-N端口間低通濾波器,用于抑制電源線上存在的0.15~0.5MHz差模干擾信號。R用于消除可能在濾波器中出現(xiàn)的靜電積累。圖4開關電源交流側(cè)EMI濾波器電路圖5是開關電源的直流輸出側(cè)濾波電路,它由共模扼流圈L1、L2,扼流圈L3和電容C1、C2組成。為了防止磁芯在較大的磁場強度下飽和而使扼流圈失去作用,磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場強度大的恒μ磁芯。圖5支流側(cè)濾波電路4開關電源干擾頻譜集中在30MHz以下的頻段,直徑r<λ/2π,主要是近場性質(zhì)的電磁場,且屬低阻抗場?？捎脤щ娏己玫牟牧蠈﹄妶銎帘?而用導磁率高的材料對磁場屏蔽。此外,還要對變壓器、電感器、功率器件等采取有效的屏蔽措施。屏蔽外殼上的通風孔最好為圓形,在滿足通風的條件下,孔的數(shù)量可以多,每個孔的尺寸要盡可能小。接縫處要焊接,以保證電磁的連續(xù)性。屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施。對于電場屏蔽,屏蔽外殼一定要接地。對于磁場屏蔽,屏蔽外殼不需接地。5PCB敏感線路主要是指控制電路和直接與干擾測量設備相連的線路。要降低干擾水平,最簡單的方法就是增大干擾源與敏感線路的間距。但由于受電源尺寸的限制,單純的增大間距并非解決問題的最佳途徑,更為合理的方法是根據(jù)干擾電場的分布情況將敏感線路放在干擾較弱的地方。PCB抗干擾布局設計流程如圖6所示。圖6PCB抗干擾布局設計流程開關電源控制環(huán)路如何設計發(fā)布時間：2021-4-1111:01:22

訪問：1951.緒論在開關模式的功率轉(zhuǎn)換器中，功率開關的導通時間是根據(jù)輸入和輸出電壓來調(diào)節(jié)的。因而，功率轉(zhuǎn)換器是一種反映輸入與輸出的變化而使其導通時間被調(diào)制的獨立控制系統(tǒng)。由于理論近似，控制環(huán)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(zhàn)并且常常走入誤區(qū)。下面幾頁將展示控制環(huán)的簡單化近似分析，首先大體了解開關電源系統(tǒng)中影響性能的各種參數(shù)。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(huán)的特性有關。測試結(jié)果和測量方法也包含在其中。2.基本控制環(huán)概念2.1傳輸函數(shù)和博得圖系統(tǒng)的傳輸函數(shù)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(tǒng)的閉環(huán)增益是環(huán)路里各個部分增益的乘積。在博得圖中，增益用對數(shù)圖表示。因為兩個數(shù)的乘積的對數(shù)等于他們各自對數(shù)的和，他們的增益可以畫成圖相加。系統(tǒng)的相位是整個環(huán)路相移之和。2.2極點數(shù)學上，在傳輸方程式中，當分母為零時會產(chǎn)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(chǎn)生一個極點。圖1舉例說明一個低通濾波器通常在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個極點。其傳輸函數(shù)和博得圖也一并給出。

2.3零點零點是頻域范圍內(nèi)的傳輸函數(shù)當分子等于零時產(chǎn)生的。在博得圖中，零點發(fā)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(jīng)常出現(xiàn)于BOOST和BUCK-BOOST轉(zhuǎn)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(tǒng)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。

3.0開關電源的理想增益相位圖

設計任何控制系統(tǒng)首先必須清楚地定義出目標。通常，這個目標是建立一個簡單的博得圖以達到最好的系統(tǒng)動態(tài)響應，最緊密的線性和負載調(diào)節(jié)率和最好的穩(wěn)定性。理想的閉環(huán)博得圖應該包含三個特性：足夠的相位裕量，寬的帶寬，和高增益。高的相位裕量能阻尼振蕩并縮短瞬態(tài)調(diào)節(jié)時間。寬的帶寬允許電源系統(tǒng)快速響應線性和負載的突變。高的增益保證良好的線性和負載調(diào)節(jié)率。

3.1相位裕量參看圖4，相位裕量是在穿越頻率處相位高于0度的數(shù)量。這不同于大多數(shù)控制系統(tǒng)教科書里提出的從-180度開始測量相位裕量。其中包括DC負反饋所提供的180度初始相移。在實際測量中，這180度相移在DC處被補償并允許相位裕量從0度開始測量。根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)，當系統(tǒng)的相位裕量大于0度時，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。然而，有一個邊界穩(wěn)定區(qū)域存在，此處(指邊界穩(wěn)定區(qū)，譯注)，系統(tǒng)由于瞬態(tài)響應引起振蕩到經(jīng)過一個長的調(diào)節(jié)時間最終穩(wěn)定下來。如果相位裕量小于45度，則系統(tǒng)在邊界穩(wěn)定。當相位裕量超過45度時，能提供最好的動態(tài)響應，短的調(diào)節(jié)時間和最少過沖。

3.2增益帶寬增益帶寬是指單位增益時的頻率，見圖4，增益帶寬就是穿越頻率Fcs。最大穿越頻率的主要限制因素是電源的開關頻率。根據(jù)采樣定理，如果采樣頻率小于2倍信號頻率(更嚴謹一點的說法是應該小于2倍最大信號頻率，譯注)，則被采樣的信息就不能被完全讀取。在開關電源中，開關頻率可以從輸出紋波中看得出來，它是錯誤的信息，并且必須不被控制環(huán)路所傳遞。因此，系統(tǒng)的穿越頻率必須小于開關頻率的一半，否則，開關噪聲和紋波會扭曲輸出電壓中想要得到的信息，并導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.3增益高的系統(tǒng)增益對于保證好的線性和負載調(diào)節(jié)率提供重要貢獻。它能夠使PWM比較器在響應輸入輸出電壓的變化時精確地改變電源開關的占空比，通常，需要在決定高增益和低相位裕量之間做出權衡。4.實際設計分析舉例用經(jīng)典環(huán)路控制分析方法，開關調(diào)整器的控制環(huán)分為四個主要部分：輸出濾波器，PWM電路，誤差放大器補償和反饋。圖5用方塊圖舉例說明這四部分，圖6舉例說明一個開關電源電路圖。首先，輸出電壓被反饋網(wǎng)絡降壓，然后把這個反饋電壓送入誤差放大器，使之與基準電壓相比較而產(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H(s)反饋網(wǎng)絡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)換為目標輸出電壓。小信號分析得到：輸出電容的ESR和反饋網(wǎng)絡的電阻(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健1(S)的博得圖見圖8。4.3PWM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)街鬟叀S3842PWM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(此句應該理解為R5是這個AS3842開關電源電路中，誤差放大器部