开关电源环路稳定性分析(二)

出处:大话硬件 发布于:2022-11-18 16:29:48

    在上一节中,基于欧姆定律,基尔霍夫定律,伏秒平衡这些已知的知识点,可以推导出Buck变换器的输入输出关系。
    今天这一节,我们还是从全局的概念来解析开关电源
    1. 运放和开关电源
    如果一上来就分析开关电源的环路稳定性,我估计大部分人都会很晕,包括我自己。各种传递函数,各种补偿网络,都是一些知道名字,但是连在一起就不认识。
    不慌,学习东西都是从简单到复杂。毕竟开关电源也是电阻,电感,电容,MOS这些器件组成的,假设我们找个简单的,带有环路的模块,先把它搞清楚,再类比学习开关电源的环路稳定性,应该会简单很多。
    在学过的所有知识点中,我能想到的就是运放。
   
    运放可以看成是黑盒,有输入输出,开关电源也可以看成是黑盒,有输入输出。直接分析开关电源的环路稳定性,相当复杂,但是运放器件少,分析起来比较简单。从运放开始,是突破口。
    2、开环系统
    对于运放来说,假设我们有下面这样的电路
   
    给运放一个输入信号,此时运放开环,可知输出信号直接到达电源轨,并未实现我们想要的放大倍数。
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    由于运放的开环增益非常大,因此在输入端增加很小的信号就能使运放饱和。为了使运放能正常使用,我们会给运放增加反馈回路,使其输出在可控的范围内。
    两个电阻组成的反馈回路
   
    一个电阻和一个电容组成的反馈回路
    
    因此,就有了同相,反相,微分,积分这四种基本带有闭环反馈的回路。
    同理,对于开关电源也一样,如果没有闭环反馈回来,当输入电压变化或者输出负载变化的时候,由于没有闭环反馈,系统会和开环的运放一样,无法得到我们想要的结果。所以开关电源必须有反馈回路。可以说,不懂环路,就不知道开关电源精髓所在。
    对于运放来讲,搞清楚了四种基本的电路,我们就可以变换出各样的放大倍数,叠加,减法等电路模型,那么对于开关电源的一样,要很好的控制环路,必须选取合适的环路控制方式。
    3、开关电源控制方式
    根据前面内容,要分析开关电源的环路,要像分析运放一样,把运放本体和环路分开来。同样,对于开关电源,我们也把电源的功率级和环路控制分开来,可以表示为下面的拓扑图。
    因此,接下来的重点应该是搞清楚开关电源的环路是如何控制的,就像我们看到运放的环路是电阻还是电容,可以很快判断是纯粹放大电路还是微分,积分电路。
    在开关电源里面,环路比运放的环路要复杂很多,为了分析简单,只讨论Buck变换器,基于PWM调制方式下的电压和电流控制模式。PWM调试方式这里不赘述,直观的理解就是频率恒定,占空比可调的方式。
    截止到目前为止,上述所有的内容都是已经学习过的内容。但是我们已经很清楚知道了为什么要研究环路,以及准备如何分析环路。
   
关键词:开关电源

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