電路功率級和補(bǔ)償環(huán)節(jié)介紹

1. 基本概念介紹。 buck電路是我們開關(guān)電源中應(yīng)用較為廣泛的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用的過程中，我們要求不管是輸入電壓發(fā)生變化還是負(fù)載電流發(fā)生變化，其輸出都是要保持相對穩(wěn)定。如何實現(xiàn)buck在各種負(fù)載條件下正常輸出，其背后的環(huán)路設(shè)計的重要性就顯得不言而喻。 一個buck電路就是一個電源系統(tǒng)，系統(tǒng)要實現(xiàn)穩(wěn)定必須依靠內(nèi)在的控制環(huán)路來實現(xiàn)，以峰值電流模式控制的buck電路為例，其負(fù)反饋系統(tǒng)可以時刻保持對輸出進(jìn)行采樣，通過比較器進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)，使得輸出保持穩(wěn)定，對于一個buck電路而言，其反饋網(wǎng)絡(luò)的等效框圖可以用下圖進(jìn)行表示：

其中輸入電壓代表給定Rs，輸出電壓代表Cs，環(huán)路的增益就可以表示為T(s)=X(s)G(s)H(s)，環(huán)路的增益包含了功率級的傳遞函數(shù)和補(bǔ)償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，對于一個具體buck電路系統(tǒng)而言，其補(bǔ)償環(huán)節(jié)，功率級，又是如何與等效結(jié)構(gòu)框圖相對應(yīng)的呢?

2.buck

電路功率級和補(bǔ)償環(huán)節(jié)介紹。

如圖所示Buck環(huán)路的功率級主要與輸入，輸出電容C，電感L 相對應(yīng)的，其功率級所對應(yīng)的傳遞函數(shù)可以理解為系統(tǒng)本身所固有的傳遞函數(shù)，電容電感的取值，不同的控制方式，以及負(fù)載電流的大小，都可以對功率級傳遞函數(shù)產(chǎn)生影響。補(bǔ)償環(huán)節(jié)：主要與comp比較器，上下分下電阻，等反饋環(huán)路有關(guān)，其決定的系統(tǒng)的補(bǔ)償傳遞函數(shù)用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能。

3.buck 電路環(huán)路設(shè)計的目標(biāo) 環(huán)路設(shè)計的目標(biāo)是要有足夠的相位裕量，適當(dāng)帶寬和高直流增益(如下圖所示)以次滿足系統(tǒng)對穩(wěn)定性、良好的動態(tài)響應(yīng)的要求。

4.buck****電路功率級等效模型的建立及其波特圖分析 在分析buck功率級回路的時候，我們采用小信號建模法，可以將buck電路的功率級等效為電感作為電流源的控制回路，如下圖所示。并且根據(jù)傳遞函數(shù) PS_((S) )= v_0(s) /v_c(s) =R/R_i (1+sR_c C)/(1+sRC) 繪制出其波特圖。其中Rc表示輸出電容的esr，Ri是電流的感應(yīng)增益。單純看buck電路的功率級，其初始的增益很低不能滿足系統(tǒng)相應(yīng)的準(zhǔn)確性，除此外其帶寬，以及相角都不能滿足設(shè)計的要求。

5. Type- Ⅱ補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。 為了彌補(bǔ)buck功率級，我們就需要采用補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償，這里以我們常用的 電壓型Type-Ⅱ補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)為例。

可以得到Type-Ⅱ補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為

由傳遞函數(shù)可知該補(bǔ)償環(huán)節(jié)有一個零極和兩個極點，畫出其波特圖，分析其幅頻和相頻特性可知補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)有較高的直流增益，同時相位裕量提高到最大90度，這種特性可以滿足絕大部分電源應(yīng)用的需求。6. 環(huán)路設(shè)計。 在充分認(rèn)識和了解buck電路的功率級和我們常用的Type-Ⅱ補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)之后，下面將介紹如何放置Type-Ⅱ補(bǔ)償環(huán)節(jié)的零極點對buck環(huán)路的功率級的零極點進(jìn)行改造，使得兩者疊加后達(dá)到我們環(huán)路設(shè)計的要求。 如下圖所示即為控制環(huán)路補(bǔ)償示意圖，其中|PS|是buck環(huán)路功率級的波特圖，與前文提到的不同之處這里是考慮了電感、斜率補(bǔ)償和采樣保持等因素從而得到的更為精確的模型的波特圖。 |EA|則代表的是Type-Ⅱ補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的波特圖，最終通過兩者的疊加我們可以得到最終的buck環(huán)路的波特圖|T|。

通常將Ⅱ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的低頻零點放置于功率級的低頻零點附近，使得補(bǔ)償后的環(huán)路在中頻段以-20dB/Dec衰減;補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的高頻極點放置于功率級電解電容ESR的高頻零點附近，使得補(bǔ)償后的環(huán)路在高頻段繼續(xù)衰減設(shè)計使得穿越頻率PSFc位于1/20 Fsw。