文献笔记6---开关电源环路补偿设计

前言

开关电源在生活中随处可见，一般千瓦以内的功率通常采用模拟电源芯片控制，比如消费类电子产品充电机、电源适配器、模块电源等，常用的拓扑有Buck、Boost、反激、正激、推挽，半桥、全桥、LLC、PFC等。这些电源设计中环路补偿设计是必不可少的一步，常用的补偿网络有三种，分别为Type I、Type II、Type III型，针对补偿网络设计一些大厂也给出了设计方法和指导步骤等，下面分享一篇很早的文章，讲述了反激电路的PC817和TL431的设计方法，虽然文章比较早，但原理讲述的比较清楚，对环路设计具有指导意义。

1 概述

开关电源的控制通常分为两种，即电流模式和电压模式，反激属于电流模式。电源的环路设计运用控制理论原理进行设计，利用小信号模型推导出电源的和补偿网络的传递函数，对此环路的动态补偿设计进行了定性分析和定量计算，通过设计合适的相位裕量来保证开关电源的稳定性。文中讲述了基于电流控制芯片UC3842的Flyback电源的环路设计，运用TL431和光耦PC817组成的反馈网络，示意图如图1所示。

2 光耦与TL431环路动态补偿

在经典控制理论中，系统稳定性用相位裕度和增益裕度两个参数衡量，通常要求相位裕度小于-10dB，相位裕度大于45°。按照这个条件设计闭环系统，当输入输出发生改变时，系统也能保持稳定。常用的几种补偿如图2所示。

图2a是单极点模型，适用于电流型控制和工作在DCM，并且滤波电容的ESR零点频率较低的电源。其作用是将第1个极点与其他极点拉开；图2b是单零点单极点模型，其极点相当于单极点补偿中的极点，而零点则把补偿前的第1个极点抵消，这时的带宽最大，可以达到补偿前第2个极点的带宽，增加了带宽；图2c是双极点单零点模型适用于功率部分只有1个极点的补偿，例如所有电流型控制和非连续方式电压型控制。补偿网络的设计，需要结合主电路的开环传递函数，其步骤：

a）按照主电路推导出传递函数，然后作出频率响应曲线；

b）确定带宽，即0dB增益的频率；

c）根据带宽确定补偿器的类型和频率点，作出闭环频率响应曲线。

下面是安森美资料中的等效电路分析。