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一、環(huán)路和直流穩(wěn)壓電源的關(guān)系

穩(wěn)壓電源工作原理

我們需要什么樣的電源？

(資料圖)

二、與環(huán)路相關(guān)的基本概念

電源系統(tǒng)框圖

Bode圖（由奈奎斯特圖測定穩(wěn)態(tài)裕量是很麻煩的）

穿越頻率和相位裕量，增益裕量

穿越頻率fc（crossover frequency）:增益曲線穿越0dB線的頻率點(diǎn)

相位裕量phase margin）:相位曲線在穿越頻率處的相位和-180度之間的相位差

增益裕量(Gain margin):增益曲線在相位曲線達(dá)到-180度的頻率處對應(yīng)的增益

環(huán)路穩(wěn)定性判據(jù)

根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)的相位裕量大于0度時(shí)，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

準(zhǔn)則1：在穿越頻率處，總開環(huán)系統(tǒng)要有大于30度的相位裕量；

準(zhǔn)則2：為防止-2增益斜率的電路相位快速變化，系統(tǒng)的開環(huán)增益曲線在穿越頻率附近的增益斜率應(yīng)為-1（ -20db/10倍頻程)

準(zhǔn)則3: 增益裕量是開環(huán)系統(tǒng)的模的度量，該變化可能導(dǎo)致曲線剛好通過-1 點(diǎn)。一般需要6db的增益裕量。

備注：應(yīng)當(dāng)注意，并不是絕對要求開環(huán)增益曲線在穿越頻率附近的增益斜率為必須為-1，但是由于-1增益斜率對應(yīng)的相位曲線相位延遲較小，且變化相對緩慢，因此它能夠保證，當(dāng)某些環(huán)節(jié)的相位變化被忽略時(shí)，相位曲線仍將具有足夠的相位裕量，使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

要滿足上述的3個(gè)準(zhǔn)則，我們需要知道開環(huán)系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)的增益和相位情況，引入傳遞函數(shù)，零極點(diǎn)的概念可以很好的分析這個(gè)問題。

傳遞函數(shù)零點(diǎn)極點(diǎn)

如果輸入和反饋支路是由不同的電阻和電容構(gòu)成的，則幅頻和相頻曲線將會(huì)有許多種形式。

把阻抗Z1和Z2用復(fù)變量s(s=jw)表示，經(jīng)過一系列的數(shù)學(xué)運(yùn)算，將會(huì)得到傳遞函數(shù)。由傳遞函數(shù)就可以繪制增益/相位曲線。

通過代數(shù)運(yùn)算，把G(s)表示為G(s)=N(s)/D(s),其分子和分母都是s的函數(shù)，

然后將分子和分母進(jìn)行因式分解，表示成多個(gè)因式的乘積，即

G(s)=N(s)/D(s)=[(1+s/2*pi*fz1)(1+s/2*pi*fz2)(1+/2*pi*fz3)]/

[（s/2*pi*f0）*(1+s/2*pi*fp1)*( 1+s/2*pi*fp2)* (1+s/2*pi*fp3)]，

分子中對應(yīng)的頻率fz為零點(diǎn)頻率，而與分母中對應(yīng)的頻率稱fp為極點(diǎn)頻率。f0稱為初始極點(diǎn)。

零極點(diǎn)頻率引起的增益斜率變化規(guī)則

嘗試用零點(diǎn)極點(diǎn)來分析一個(gè)Type II補(bǔ)償器

轉(zhuǎn)折頻率Fz和Fp的設(shè)置。

Fz和Fp相距越遠(yuǎn)，相位裕量就越大。這樣會(huì)使低頻增益減小，降低了抑制低頻紋波的衰減效果。同樣高頻增益增大，就會(huì)使高頻窄噪聲尖峰以更大的幅值通過。如果Fz在Fz2而不再Fz1，則在低頻F1的增益是G1而不是G2；如果Fp在Fp2而不再Fp1,則在高頻Fh的增益是G3而不是G4。

低頻增益和紋波的關(guān)系

小信號模型

三、常用的補(bǔ)償控制器

常用的補(bǔ)償控制器-Type II

常用的補(bǔ)償控制器-Type III

四、模擬環(huán)路設(shè)計(jì)流程

模擬環(huán)路設(shè)計(jì)流程

1、收集系統(tǒng)參數(shù)，例如輸入電壓，輸出電壓，濾波參數(shù)等，并確定開關(guān)頻率

2、確定功率級的零極點(diǎn)

3、確定穿越頻率和補(bǔ)償器的類型

4、確定所需要的補(bǔ)償器的零極點(diǎn)

5、計(jì)算實(shí)際的電阻電容參數(shù)

設(shè)計(jì)實(shí)例-一個(gè)簡單的同步降壓buck電路（電壓型）

步驟1：收集系統(tǒng)參數(shù)

步驟2：確定功率級的零極點(diǎn)

由輸出濾波電感和電容引起的雙極點(diǎn)：

由輸出電容RSR引起的零點(diǎn)

從上面的曲線中，我們可以計(jì)算出電壓環(huán)的穿越頻率：

然后還可以計(jì)算出電壓環(huán)的相位裕量：

問題：到目前為止開環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)是穩(wěn)定的，還需要設(shè)計(jì)環(huán)路嗎？

步驟3：確定穿越頻率和補(bǔ)償器的類型

根據(jù)采樣定理，穿越頻率(fc)必須小于開關(guān)頻率的1/2,但實(shí)際上穿越頻率必須遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率的1/2,否則在輸出中將會(huì)有很大的開關(guān)紋波。這里開關(guān)頻率為200k,我們選擇穿越頻率20KHz（1/10開關(guān)頻率）。

因?yàn)閒po

步驟4：確定所需要的補(bǔ)償器的零極點(diǎn)

步驟5：計(jì)算實(shí)際的電阻電容參數(shù)

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補(bǔ)償器的bode圖

系統(tǒng)開環(huán)bode圖

審核編輯：湯梓紅