干貨：電源工程師環(huán)路設(shè)計(jì)必備基礎(chǔ)

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1.開(kāi)篇

自己著手開(kāi)關(guān)電源環(huán)路控制的學(xué)習(xí)大半個(gè)月了，下面開(kāi)始寫(xiě)<單端正激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)之環(huán)路控制設(shè)計(jì)>的文章，希望大家多多支持。

首先講講自己大半個(gè)月來(lái)學(xué)習(xí)開(kāi)關(guān)電源環(huán)路控制的歷程。做開(kāi)關(guān)電源的研發(fā)5年多了，一直專(zhuān)注于實(shí)踐，基本沒(méi)有怎么鉆研過(guò)環(huán)路控制這一塊。

學(xué)習(xí)環(huán)路控制，我首先將<現(xiàn)代控制工程>這本書(shū)匆匆翻了三遍，頭腦中大至有了系統(tǒng)控制的思想。書(shū)中介紹了各種自動(dòng)控制的思想以及證明解析過(guò)程，由于本人的數(shù)學(xué)底子薄弱，所以對(duì)于書(shū)中講解的幾種常用的分析方法，比如頻域分析法，時(shí)域分析法，根軌跡法，波特圖法的理解都是浮于表面，慚愧。對(duì)環(huán)路的學(xué)習(xí)理解還存在諸多的問(wèn)題，后續(xù)的講解必然有很多的問(wèn)題，希望大家能及時(shí)指正。

接著買(mǎi)了兩本書(shū)籍，都是關(guān)于開(kāi)關(guān)電源環(huán)路分析的書(shū)籍。一本是張衛(wèi)平編寫(xiě)的<開(kāi)關(guān)變換器的建模與仿真>，另一本是法國(guó)電源工程師Basso寫(xiě)的<開(kāi)關(guān)電源SPICE仿真與實(shí)用設(shè)計(jì)>。兩本書(shū)中講解的關(guān)于電源環(huán)路控制的知識(shí)點(diǎn)個(gè)人覺(jué)得很不錯(cuò)，雖然我看的云里霧里的，但是書(shū)上講解到的一些我能看懂的部分對(duì)我個(gè)人對(duì)于電源環(huán)路控制的理解幫助很大，對(duì)于電源的理解也深入了很多。

2.電源環(huán)路控制的理解

廢話講了這么多,下面先講講我對(duì)開(kāi)關(guān)電源環(huán)路控制的理解吧！

在沒(méi)有學(xué)習(xí)環(huán)路控制原理之前，我個(gè)人對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的理解分析基本是局限于某一部分。當(dāng)提到開(kāi)關(guān)電源時(shí)，只會(huì)獨(dú)立的想到開(kāi)關(guān)電源的某一部分，比如說(shuō)變壓器，電源管理芯片，輸出濾波器，各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。當(dāng)花了很多時(shí)間補(bǔ)充學(xué)習(xí)了自動(dòng)控制原理以及環(huán)路控制原理?，F(xiàn)在腦中分析開(kāi)關(guān)電源時(shí)，會(huì)從系統(tǒng)的高度分析問(wèn)題，會(huì)綜合考慮電源穩(wěn)定性的問(wèn)題等。

在<現(xiàn)代控制工程>一書(shū)中，作者關(guān)于開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制的比較說(shuō)了一句比較有意思的話，使用閉環(huán)控制的系統(tǒng)意味著可以使用相對(duì)精度較差的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，而不需要像開(kāi)環(huán)控制那樣，必須采用比較精準(zhǔn)的器件來(lái)控制。這句話應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電源控制中同樣適用，如果電源的環(huán)路控制設(shè)計(jì)的比較合理，那么使用誤差相對(duì)較大的元件依然可以實(shí)現(xiàn)電源的穩(wěn)定工作。

現(xiàn)在回想網(wǎng)上一大師，終于能理解他說(shuō)的通過(guò)電腦可以搞定開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)90%的問(wèn)題這句話的含義了。環(huán)路控制學(xué)好了，設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源確實(shí)So easy。首先通過(guò)仿真軟件將開(kāi)關(guān)電源仿真出來(lái)，計(jì)算調(diào)整好環(huán)路參數(shù)，剩下的電路板焊接調(diào)試那都是小菜一碟了。

說(shuō)的通俗點(diǎn)，當(dāng)腦中有了自動(dòng)控制的思想，你的眼界會(huì)高出很多，分析問(wèn)題會(huì)站在系統(tǒng)的高度來(lái)考慮。這是我個(gè)人關(guān)于開(kāi)關(guān)電源環(huán)路控制的一點(diǎn)理解。

雖然本人對(duì)于環(huán)路控制的理解仍然存在諸多問(wèn)題，但我仍然想把這篇文章寫(xiě)下來(lái)，并把它寫(xiě)好。古人有云知恥而后勇，我厚著臉皮寫(xiě)這篇文章，一是為了學(xué)習(xí)自省，了解自己的不足,提高自己的理論水平，二是希望通過(guò)這篇文章能結(jié)交更多的電源高手，三是希望能夠幫助一些對(duì)于環(huán)路控制仍然迷茫困頓的同道。

環(huán)路控制的學(xué)習(xí)之路必然是崎嶇艱辛的，同時(shí)也是無(wú)止境的,究其原因是源于環(huán)路控制理論的博大精深，同時(shí)對(duì)于數(shù)學(xué)功底的要求相對(duì)較高。后面我們正式開(kāi)始學(xué)習(xí)開(kāi)關(guān)電源的環(huán)路控制。

環(huán)路控制中用到的參數(shù)概念

3.線性系統(tǒng)

線性系統(tǒng)：何謂線性，提到線性，我們大家直觀地會(huì)想到一根直線（或者線段）。這根直線的方向是任意的。如果我們用一條任意方向的直線函數(shù)來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)，我們就把這樣的系統(tǒng)定義為線性系統(tǒng)。在自動(dòng)控制原理中，線性系統(tǒng)最大的的特點(diǎn)就是它遵循疊加原理。

說(shuō)的直觀一點(diǎn)，就是當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)有多個(gè)線性函數(shù)作用時(shí)，該系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)等于這兩個(gè)線性函數(shù)的作用之和。而現(xiàn)實(shí)世界中存在的多數(shù)系統(tǒng)均是非線性的。有了這一思想，我們?cè)诜治龇蔷€性系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)分段處理及疊加原理可以將非線性系統(tǒng)近似為線性系統(tǒng)，這給我們分析處理問(wèn)題帶來(lái)了很大的便利。

4.線性定長(zhǎng)系統(tǒng)

線性定長(zhǎng)系統(tǒng)：現(xiàn)實(shí)世界中，我們分析數(shù)據(jù)的變化時(shí)，通常會(huì)與時(shí)間掛鉤。

當(dāng)一個(gè)線性系統(tǒng)不隨時(shí)間的變化而變化時(shí)，我們稱(chēng)這樣的系統(tǒng)為線性定長(zhǎng)系統(tǒng)，也稱(chēng)為線性時(shí)不變系統(tǒng)。

對(duì)于線性定常系統(tǒng)，任意時(shí)刻只要輸入的波形是一樣的，則系統(tǒng)輸出響應(yīng)的波形也總是同樣的。線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)均比時(shí)變系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)容易得多。

5.線性時(shí)變系統(tǒng)

線性時(shí)變系統(tǒng)：線性系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化而變化，導(dǎo)致系統(tǒng)特性也隨時(shí)間而變化，稱(chēng)為線性時(shí)變系統(tǒng)。

線性時(shí)變系統(tǒng)的特點(diǎn)是其輸出響應(yīng)的波形不僅同輸入波形有關(guān)，而且也同輸入信號(hào)加入的時(shí)間有關(guān)。該系統(tǒng)一般采用時(shí)域法描述。系統(tǒng)的函數(shù)通常由隨時(shí)間變化的參數(shù)的微分方程或差分方程描述。時(shí)變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析比定常系統(tǒng)要復(fù)雜得多。

6.微積分和微分的概念

微積分的概念：在描述線性時(shí)變系統(tǒng)時(shí)，必不可少的會(huì)涉及到微積分方程的求解。

在這里從宏觀上講一講我對(duì)微積分的理解。首先大家需要了解的是微積分由牛頓和萊布尼茲共同發(fā)明的。

微積分這一工具出現(xiàn)之前，我們描述某一參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系時(shí)，通常使用的方程只能描述在一時(shí)間段內(nèi)參數(shù)的變化趨勢(shì)，而如果想描述某一時(shí)刻參數(shù)的變化時(shí)，通常就束手無(wú)策。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言的來(lái)表述就是當(dāng)時(shí)間無(wú)限短，如果我想知道這一時(shí)刻參數(shù)的變化，該怎么辦呢。巨人牛頓和萊布尼茲創(chuàng)造發(fā)明了微積分這一工具，從此難題得到了圓滿的解決。

那什么是微分呢，我不想用教科書(shū)上的概念來(lái)講解，我們用說(shuō)文解字的方法來(lái)描述吧。微表示小，短。但是到底多小，多短呢，極小極短，這個(gè)概念是否類(lèi)似與數(shù)學(xué)中極值的思想呢。很顯然，這就是極值的思想。分有分析，分解的意思。

那微和分組合在一起，我們可以理解為微小變化的分析，此即為微分的概念。當(dāng)這個(gè)變化與時(shí)間掛鉤時(shí)，我們就說(shuō)這是求變量的微小時(shí)間變化的函數(shù)。引申一下，當(dāng)一變化量與某參數(shù)掛鉤時(shí)，我們就說(shuō)求該變量隨某一參數(shù)微小變化的函數(shù)。

同樣的道理，積分我們可以理解為累積變化的分析。當(dāng)變化量與時(shí)間掛鉤，我們就說(shuō)這是求該變量隨累積時(shí)間變化的函數(shù)。

7.非線性系統(tǒng)

非線性系統(tǒng)：區(qū)別于線性系統(tǒng)，有了上述線性系統(tǒng)的描述，理解非線性系統(tǒng)簡(jiǎn)單很多了。拿什么是非線性系統(tǒng)呢，簡(jiǎn)單明了的表述為系統(tǒng)方程為非線性的，即為非線性系統(tǒng)。

8.傳遞函數(shù)與傳輸函數(shù)

傳遞函數(shù)：在控制理論中，為描述線性定常系統(tǒng)的輸入與輸出的關(guān)系，我們引入傳遞函數(shù)這一概念。

何謂傳遞函數(shù)，線性定常系統(tǒng)中，當(dāng)初始條件為零時(shí)，輸出量（響應(yīng)函數(shù)）的拉普拉斯變換與輸入量（驅(qū)動(dòng)函數(shù)）的拉普拉斯變換之比即為傳遞函數(shù)。

系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的微分方程是對(duì)應(yīng)的?？筛鶕?jù)組成系統(tǒng)各單元的傳遞函數(shù)和它們之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系導(dǎo)出整體系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并用它分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、穩(wěn)定性。

以傳遞函數(shù)為工具分析控制系統(tǒng)的方法稱(chēng)為頻域法。傳遞函數(shù)中的復(fù)變量s在實(shí)部為零、虛部為角頻率時(shí)就是頻率響應(yīng)。

傳輸函數(shù)：區(qū)別于傳遞函數(shù)，定義為輸出函數(shù)除以輸入函數(shù)。

環(huán)路控制各名詞的解釋分析

下面準(zhǔn)備講解極點(diǎn)，零點(diǎn)，反相零點(diǎn)，右半平面零點(diǎn)，共軛復(fù)極點(diǎn)，穿越頻率，環(huán)路增益，相位裕量，瞬態(tài)響應(yīng)，電壓環(huán)路控制，電流環(huán)路控制，平均值電流模式控制，峰值電流模式控制，斜率補(bǔ)償，次諧波振蕩等概念。

由于自己從來(lái)沒(méi)有學(xué)過(guò)自動(dòng)控制這一塊，上述的概念在理解上感覺(jué)比較吃力，雖然花了時(shí)間惡補(bǔ)，但還是覺(jué)得有些吃力，堅(jiān)持，堅(jiān)持，再堅(jiān)持，努力，努力，再努力，相信自己。

9.零點(diǎn)

零點(diǎn)：何謂零點(diǎn)，當(dāng)傳輸函數(shù)的分子為零時(shí)，此時(shí)的傳輸函數(shù)結(jié)果為零，這時(shí)該點(diǎn)就是零點(diǎn)。說(shuō)的再深入一點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)輸入幅度不為零且輸入頻率使系統(tǒng)輸出為零時(shí)，此輸入頻率值即為零點(diǎn)。

我們可以將開(kāi)關(guān)電源的環(huán)路控制當(dāng)作一個(gè)放大器來(lái)理解。通常一個(gè)零點(diǎn)的出現(xiàn)，會(huì)使放大器的增益斜率增加1，也就是增加了放大器所處理的信號(hào)的相位和幅值。

通常零點(diǎn)的產(chǎn)生是由于在輸入輸出間存在兩條信號(hào)路徑，這兩個(gè)信號(hào)一個(gè)強(qiáng)一些，一個(gè)弱一些，二者相互抵消一部分。通常在電路中表現(xiàn)為反饋路徑（前饋路徑）與主信號(hào)路徑的疊加（相消），因?yàn)閮蓷l環(huán)路的之間存在時(shí)間差。當(dāng)疊加時(shí)產(chǎn)生左半平面零點(diǎn)有助于穩(wěn)定性，當(dāng)相消時(shí)產(chǎn)生右半平面零點(diǎn)，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性很不利，因此要抵消它。

10.極點(diǎn)

極點(diǎn)：何謂極點(diǎn)，當(dāng)傳輸函數(shù)的分母為零時(shí)，此時(shí)的傳輸函數(shù)結(jié)果趨向于無(wú)窮大，該值就是極點(diǎn)。

我們還是將開(kāi)關(guān)電源的環(huán)路控制當(dāng)作一個(gè)放大器來(lái)理解。一個(gè)極點(diǎn)的出現(xiàn)，會(huì)使放大器的增益斜率減小1，也就是降低了放大器所處理的信號(hào)的相位和幅值。

說(shuō)的深入一點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)輸入幅度不為零且輸入頻率使系統(tǒng)輸出信號(hào)為無(wú)窮大（系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，發(fā)生振蕩）時(shí)，此頻率值即為極點(diǎn)。

極點(diǎn)與環(huán)路的控制形式并沒(méi)有關(guān)系，它只是會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)信號(hào)相位滯后。至于極點(diǎn)經(jīng)常和環(huán)路被一起提到，是因?yàn)闃O點(diǎn)對(duì)環(huán)路的穩(wěn)定性有決定性的影響。

極點(diǎn)影響的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率。從波特圖上分析極點(diǎn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它有兩個(gè)作用，延時(shí)和降低增益。極點(diǎn)在環(huán)路控制中的作用就是降低反饋信號(hào)的幅度及反饋時(shí)間。

上傳一份個(gè)人覺(jué)得關(guān)于零點(diǎn)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析比較透徹的資料，希望能幫助大家很好的理解零點(diǎn)極點(diǎn)的概念。

說(shuō)實(shí)話，個(gè)人關(guān)于零點(diǎn)極點(diǎn)的理解其實(shí)也很膚淺，這幾天一直在四處搜集資料，奈何感覺(jué)真正講解的比較直白的資料很少。只好將自己的理解通過(guò)直白的語(yǔ)言寫(xiě)出來(lái)，希望能有拋磚引玉的作用。我個(gè)人的理解存在很多的問(wèn)題，希望大家指正。

11.穿越頻率

穿越頻率：用來(lái)描述系統(tǒng)頻率特性的參數(shù)指標(biāo)，也稱(chēng)剪切頻率。其定義為幅頻穿越0dB處的頻率。在穿越頻率fp處，幅頻特性增益為0dB。根據(jù)尼奎斯特采樣定理，環(huán)路的穿越頻率理論上要小于開(kāi)關(guān)頻率的1/2（一般都設(shè)置小于1/5，工程上通常取值為1/4～1/10），這樣開(kāi)關(guān)頻率就不會(huì)對(duì)環(huán)路產(chǎn)生干擾，因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)頻率處環(huán)路增益已經(jīng)小于0db，反饋后衰減。

這里關(guān)于穿越頻率和開(kāi)關(guān)電源的采樣頻率之間的取值關(guān)系可以這樣理解，將開(kāi)關(guān)頻率與穿越頻率比作一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過(guò)程。因?yàn)椴蓸拥?a target="_blank">電氣參數(shù)需要經(jīng)過(guò)環(huán)路再到電源IC中。當(dāng)電源IC接收到反饋參數(shù)后，才會(huì)有相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)控制功率管的開(kāi)關(guān)頻率。這段時(shí)間相對(duì)于開(kāi)關(guān)管本身的動(dòng)作時(shí)間慢很多。為了保證開(kāi)關(guān)管有一個(gè)合適的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以對(duì)應(yīng)的穿越頻率要比開(kāi)關(guān)頻率小，主要還是為了彌補(bǔ)反饋環(huán)路中所耗費(fèi)的時(shí)間。

12.開(kāi)環(huán)與閉環(huán)

還是把開(kāi)關(guān)電源的環(huán)路控制當(dāng)作運(yùn)算放大器來(lái)講解。先解釋一下何謂開(kāi)環(huán)，何謂閉環(huán)。

在控制系統(tǒng)中環(huán)路增益通常分為開(kāi)環(huán)增益和閉環(huán)增益。所謂開(kāi)環(huán)是指運(yùn)放不帶反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)的狀態(tài)。而閉環(huán)是運(yùn)放引入加入反饋后的狀態(tài)。

13.開(kāi)環(huán)增益和閉環(huán)增益

下面講一講開(kāi)環(huán)增益和閉環(huán)增益。開(kāi)環(huán)增益指運(yùn)放在不帶反饋網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)下，輸入電壓與輸出電壓的比值。因?yàn)檫\(yùn)放自身的電氣特性及雜波干擾問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放自激振蕩，導(dǎo)致開(kāi)環(huán)增益很大，但不穩(wěn)定。而閉環(huán)增益是為了改善運(yùn)放自身電氣性能， 從運(yùn)放輸出端到輸入端引入一條反向的信號(hào)通路（構(gòu)成這條通路的網(wǎng)絡(luò)叫做反饋網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)反向傳輸?shù)男盘?hào)叫做反饋信號(hào)），通過(guò)輸出電壓的變化來(lái)調(diào)節(jié)運(yùn)放內(nèi)部的電氣特性，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的穩(wěn)定輸出。 運(yùn)放在無(wú)反饋時(shí)的增益是開(kāi)環(huán)增益，在考慮反饋時(shí)候的增益為閉環(huán)增益。

環(huán)路增益是衡量運(yùn)放是否穩(wěn)定的重要參數(shù)，一般來(lái)講環(huán)路增益越大，反饋深度越深，運(yùn)放應(yīng)該越穩(wěn)定，但是閉環(huán)帶寬就越小。所以開(kāi)關(guān)電源是否穩(wěn)定工作，與環(huán)路增益直接掛鉤。

14.相位裕量

接下來(lái)解釋的概念為相位裕量。

相位裕量是指運(yùn)算放大器開(kāi)環(huán)增益為0dB時(shí)的相位與180 ° 的相位的差值。該參數(shù)是分析運(yùn)算放大器穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)。

如果系統(tǒng)的環(huán)路增益大于等于0dB且相移超過(guò)180 ° 時(shí)，閉環(huán)的放大電路就會(huì)不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生自激振蕩。 相位裕量用來(lái)闡述系統(tǒng)距離產(chǎn)生自激振蕩的裕量大小，這就是相位裕量為什么會(huì)成為標(biāo)志運(yùn)算放大器穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)的原因之一。

開(kāi)關(guān)電源本身是負(fù)反饋，反饋信號(hào)相對(duì)與輸入信號(hào)相位差180度，如果環(huán)路中繼續(xù)增加相移，則相位偏差大于180゜，此時(shí)負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答仭Ｒ驗(yàn)檎答佔(zhàn)陨淼奶匦詴?huì)促使相位繼續(xù)偏移，最終反饋相位相對(duì)于輸入信號(hào)差值增大為360゜。此時(shí)的系統(tǒng)已經(jīng)處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)。

影響相位裕量的因素包括閉環(huán)回路的噪聲增益和負(fù)載情況。一般而言，噪聲增益愈小則相位裕量愈小。純阻性負(fù)載一般對(duì)相位裕量沒(méi)有影響，感性負(fù)載對(duì)相位裕量有改善作用，而實(shí)際應(yīng)用中最常應(yīng)用的容性負(fù)載則會(huì)降低運(yùn)算放大器電路的相位裕量，從而導(dǎo)致系統(tǒng)易產(chǎn)生自激振蕩。

現(xiàn)在我從時(shí)域和頻域角度來(lái)分析一下相位裕量對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。在時(shí)域中，相位裕量下降將導(dǎo)致信號(hào)的上升沿和下降沿的振蕩加大，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)。而在頻域中，相位裕量下降將使轉(zhuǎn)折頻率處出現(xiàn)尖峰。對(duì)于有負(fù)載的系統(tǒng)，可以通過(guò)分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)獲得相位裕量的計(jì)算公式。

開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，一個(gè)系統(tǒng)如果能夠保證在相位180度時(shí)，增益小于1，這就意味著，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。如果大于1，則輸出就會(huì)發(fā)散振蕩，受制于電源電壓的限制，就出現(xiàn)了疑似自激振蕩的癥狀，但本質(zhì)上是小信號(hào)的發(fā)散振蕩。如果等于1，當(dāng)然就是自激振蕩。

15.瞬態(tài)響應(yīng)

下面需要講解的概念是瞬態(tài)響應(yīng)

首先說(shuō)說(shuō)瞬態(tài)響應(yīng)這個(gè)概念吧。先從字面意義來(lái)解釋。什么叫瞬態(tài)：瞬間變化的狀態(tài)，通常表示時(shí)間極短。響應(yīng)：字面解釋為反應(yīng)，動(dòng)作，呼應(yīng)等意思。那這二者結(jié)合起來(lái)就好理解了，我定義為在極短時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作。

下一步從自動(dòng)控制系統(tǒng)的角度解釋?zhuān)矐B(tài)響應(yīng)指系統(tǒng)在某一典型信號(hào)輸入作用下，其系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的變化過(guò)程。瞬態(tài)響應(yīng)也稱(chēng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)或過(guò)渡過(guò)程或暫態(tài)響應(yīng)。

接下來(lái)我們從開(kāi)關(guān)電源的角度來(lái)解釋?zhuān)ㄟ@里的開(kāi)關(guān)電源默認(rèn)為恒壓源），瞬態(tài)響應(yīng)指當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生瞬變時(shí)，輸出電壓也能維持在特定容差范圍內(nèi)（不管是輕負(fù)載還是滿負(fù)載），以確保電路的正常工作。說(shuō)的接地氣一點(diǎn)，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)告訴電源IC，電源IC通過(guò)調(diào)節(jié)PWM保證電壓恒定。從負(fù)載電流變化到電源IC調(diào)節(jié)PWM保證電壓恒定需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成以保證負(fù)載工作正常，這里極短的時(shí)間調(diào)節(jié)過(guò)程即為瞬態(tài)響應(yīng)。

講點(diǎn)實(shí)際的例子，如今微處理器工作速度和電流需求量不斷提高，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生瞬態(tài)變化時(shí)，穩(wěn)壓器必須在指定范圍內(nèi)保持輸出電壓穩(wěn)定。FPGA的電源規(guī)范要求，即使負(fù)載電流在幾百納秒內(nèi)發(fā)生20或30A的變化，供電電壓仍然要保持穩(wěn)定。FPGA的電源供電對(duì)于開(kāi)關(guān)電源要求很高，這需要電源的瞬態(tài)響應(yīng)要求很高。當(dāng)負(fù)載電流需求量緩慢變化時(shí)，開(kāi)關(guān)電源很容易做到，但如果負(fù)載電流“階躍”足夠快，穩(wěn)壓器將無(wú)法提供完全穩(wěn)定的輸出電壓。尋求改進(jìn)的辦法是通過(guò)設(shè)計(jì)較大環(huán)路帶寬的穩(wěn)壓器可以對(duì)變化負(fù)載進(jìn)行更快速的調(diào)節(jié)，同時(shí)可以減少輸出端的大容量電容的數(shù)量。

相對(duì)而言，線性穩(wěn)壓器的速度經(jīng)常明顯快于開(kāi)關(guān)電源的速度，因?yàn)榫€性穩(wěn)壓器的單位增益帶寬可以大于500kHz，但是線性電源致命弱點(diǎn)就是它的效率和體積。所以如何設(shè)計(jì)瞬態(tài)響應(yīng)足夠快的開(kāi)關(guān)電源，同時(shí)保證其體積足夠小，這是一個(gè)難點(diǎn)，目前這方面我了解的不是很多。

16.斜率補(bǔ)償

在解釋斜率補(bǔ)償這個(gè)概念之前，我想給大家灌輸一下開(kāi)關(guān)電源的反饋控制模式。開(kāi)關(guān)電源的反饋控制模式有兩種，即常規(guī)的電壓環(huán)和電流環(huán)兩種。電壓環(huán)指通過(guò)采樣輸出電壓信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源的PWM輸出。電流環(huán)分為兩路，電流環(huán)路和電壓環(huán)路。內(nèi)環(huán)采用電流環(huán)，外環(huán)采用電壓環(huán)。先補(bǔ)充這么多。

接下來(lái)講講斜率補(bǔ)償。斜率補(bǔ)償是指在電流環(huán)反饋環(huán)節(jié)中，將一部分鋸齒波電壓加到控制信號(hào)上，以改進(jìn)控制特性，消除諧波振蕩。

相比電壓型PWM，電流型PWM具有更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，同時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性也有明顯改善。與電壓型PWM比較，電流型PWM控制在保留電壓反饋控制外，又增加了電流反饋環(huán)節(jié)。但是電流環(huán)可能會(huì)引入諧波干擾。因?yàn)?a target="_blank">電流采樣信號(hào)通常來(lái)自于變壓器原邊，有比較大的開(kāi)關(guān)噪聲。該噪聲可能會(huì)引起諧波干擾，導(dǎo)致電源不能穩(wěn)定工作。

另外電流模式變換器本身工作占空比大于50%，當(dāng)工作與連續(xù)電感電流狀態(tài)下（即重負(fù)載狀態(tài)下）會(huì)產(chǎn)生諧波振蕩，這中狀態(tài)與開(kāi)關(guān)電源的閉環(huán)特性無(wú)關(guān)。既然是獨(dú)立于系統(tǒng)環(huán)路之外的擾動(dòng)信號(hào)，就可以在保證系統(tǒng)環(huán)路穩(wěn)定并具有一定的系統(tǒng)裕量的前提下，對(duì)電流環(huán)擾動(dòng)單獨(dú)處理。

處理電流環(huán)擾動(dòng)的常用方法便是斜率補(bǔ)償。斜率補(bǔ)償?shù)姆椒ù笾掠袃煞N。一種是通過(guò)補(bǔ)償改變上升斜坡的斜率。第二種是加大采樣電流斜坡斜率，這樣能夠?qū)ο嗤瑮l件下的擾動(dòng)起到一定的抑制作用，這種方法實(shí)際上也就是增加了上升斜坡的斜率。

斜率補(bǔ)償補(bǔ)償?shù)母拍罱忉屍饋?lái)比較抽象，這里我只是先在大家的頭腦中種下這個(gè)概念，后面結(jié)合實(shí)際講解時(shí)，相對(duì)會(huì)好理解一些。

說(shuō)句題外話，這段時(shí)間在不斷學(xué)習(xí)開(kāi)關(guān)電源的理論知識(shí)的同時(shí)，也越來(lái)越覺(jué)得運(yùn)放的知識(shí)很重要。很多的知識(shí)點(diǎn)在運(yùn)放的計(jì)算設(shè)計(jì)中都已經(jīng)講到，希望大家在學(xué)習(xí)開(kāi)關(guān)電源的同時(shí)加深學(xué)習(xí)運(yùn)放的知識(shí)，你會(huì)有很多的收獲。

17.環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)講解

繼續(xù)，上面我已經(jīng)將環(huán)路控制中用到的概念均講解了一遍，這一講準(zhǔn)備講解一下常見(jiàn)的環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

在環(huán)路控制中，其實(shí)一直和我們?cè)诖蚪坏赖氖钦`差放大器。這玩意是環(huán)路控制的核心，可謂牽一發(fā)而動(dòng)全身。

誤差放大器的名稱(chēng)表示為EA。我們這一講的核心就是這玩意。

使用誤差放大器作為補(bǔ)償器的種類(lèi)大致分為一類(lèi)(type1)，二類(lèi)(type2)，三類(lèi)(type3).這三種補(bǔ)償器分別對(duì)應(yīng)一個(gè)，兩個(gè)，三個(gè)零極點(diǎn)。廢話少說(shuō)，先上他們的照片。

上面就是三類(lèi)補(bǔ)償器，他們都有各自的特點(diǎn)。下面我來(lái)詳細(xì)介紹一下上述三種補(bǔ)償器的電氣特性。

第一種補(bǔ)償器就是常見(jiàn)的一階積分器，設(shè)輸入電壓為Vout,輸出電壓為Vcomp，輸入電壓信號(hào)和輸出電壓信號(hào)的關(guān)系為Vcomp=(-1/RC)∫Vout?t。

當(dāng)輸入信號(hào)是階躍直流電壓Ui時(shí)，電容將以近似恒流的方式進(jìn)行充電，輸出電壓與時(shí)間成線性關(guān)系,則Vcomp=(-1/RC)*Vout*t。

該補(bǔ)償器有一個(gè)零點(diǎn)和一個(gè)極點(diǎn)，同時(shí)該類(lèi)補(bǔ)償器沒(méi)有相位提升的作用，僅僅只能增加直流增益。這一類(lèi)補(bǔ)償器通常應(yīng)用與要求不是很高的場(chǎng)合。

因?yàn)橐活?lèi)補(bǔ)償器沒(méi)有相位提升的作用，當(dāng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在穿越頻率處相位裕量過(guò)低，則該類(lèi)補(bǔ)償器將不適用。

接下來(lái)需要講解的是二類(lèi)補(bǔ)償器，這類(lèi)補(bǔ)償器是目前應(yīng)用最廣泛的補(bǔ)償器。該補(bǔ)償器能提升環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的相位裕量。先將二類(lèi)補(bǔ)償器的特性參數(shù)貼出來(lái)。

接下來(lái)介紹二類(lèi)補(bǔ)償器電氣特性。它含有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn)。第一個(gè)極點(diǎn)，是零頻極點(diǎn) fp1=1/(2pi*R1*C1)。

第二個(gè)極點(diǎn)，是R2和(C1、C2串聯(lián))形成的極點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)C1要遠(yuǎn)大于C2，C1和C2串聯(lián)后可以等效成C2，所以這個(gè)極點(diǎn)就是fp2=1/(2pi*R2*C2)。

一個(gè)零點(diǎn)，由R2和C1組成，也就是f=1/(2pi*R2*C1)。 二型補(bǔ)償器無(wú)法校正有雙極點(diǎn)的拓?fù)?，這是該類(lèi)補(bǔ)償器的不足。

18.環(huán)路學(xué)習(xí)感悟(結(jié)束)

暫講解到這里，話說(shuō)這段時(shí)間梳理環(huán)路控制這一塊，借鑒了很多的資料，看書(shū)看的頭疼，很多知識(shí)點(diǎn)感覺(jué)自己欠缺的嚴(yán)重，而且文章中很多的知識(shí)點(diǎn)我目前還沒(méi)有真正的理解，更不要談實(shí)際的應(yīng)用調(diào)試了，感覺(jué)自己的差距太大了。

工作已經(jīng)有這么久了，一直以為自己的開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)還可以。

這次準(zhǔn)備了幾個(gè)小時(shí)的環(huán)路設(shè)計(jì)資料，一直在思考自己的定位方向。最開(kāi)始是定位與精通各種電子技術(shù)，但是當(dāng)深入工作了一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)這個(gè)定位太高了，搞不定。

后來(lái)給自己的定位是精通各種開(kāi)關(guān)電源，在動(dòng)手梳理環(huán)路控制時(shí)，發(fā)現(xiàn)自己其實(shí)并沒(méi)有真正的懂開(kāi)關(guān)電源的任何一個(gè)分支，而所謂的懂僅僅是工程應(yīng)用中模棱兩可的理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)在給自己的定位是精通開(kāi)關(guān)電源中的某一個(gè)分支即可，而這一個(gè)分支可能也需要自己花費(fèi)很多的時(shí)間和精力才能深入的了解。

起初我對(duì)于電子技術(shù)的心理狀態(tài)可以歸結(jié)為無(wú)知者無(wú)畏，覺(jué)得自己的技術(shù)不可一世。而現(xiàn)在感覺(jué)自己的心理狀態(tài)為知恥而后勇，繼續(xù)努力中。即將而立之年，必須要找準(zhǔn)自己的定位了。以前做過(guò)兩份工作，玩過(guò)儀表設(shè)計(jì)，搞過(guò)空氣凈化器，電鍍電源等產(chǎn)品，但是自己心中一直真正喜歡的還是開(kāi)關(guān)電源，需要靜下心來(lái)想想自己未來(lái)的職業(yè)方向了。

審核編輯 黃昊宇