开关电源设计学习园地https://www.doczj.com/doc/7f12089615.html, 开关电源控制环设计
资料来源：Switching power supply control loop design(ASTEC-Application Note 5)
译者：smartway
1. 绪论
在开关模式的功率转换器中，功率开关的导通时间是根据输入和输出电压来调节的。因而，功率转换器是一种反映输入与输出的变化而使其导通时间被调制的独立控制系统。由于理论近似，控制环的设计往往陷入复杂的方程式中，使开关电源的控制设计面临挑战并且常常走入误区。下面几页将展示控制环的简单化近似分析，首先大体了解开关电源系统中影响性能的各种参数。给出一个实际的开关电源作为演示以表明哪些器件与设计控制环的特性有关。测试结果和测量方法也包含在其中。
2. 基本控制环概念
2.1 传输函数和博得图
系统的传输函数定义为输出除以输入。它由增益和相位因素组成并可以在博得图上分别用图形表示。整个系统的闭环增益是环路里各个部分增益的乘积。在博得图中，增益用对数图表示。因为两个数的乘积的对数等于他们各自对数的和，他们的增益可以画成图相加。系统的相位是整个环路相移之和。
2.2 极点
数学上，在传输方程式中，当分母为零时会产生一个极点。在图形上，当增益以20dB 每十倍频的斜率开始递减时，在博得图上会产生一个极点。图1举例说明一个低通滤波器通常在系统中产生一个极点。其传输函数和博得图也一并给出。
2.3 零点
零点是频域范围内的传输函数当分子等于零时产生的。在博得图中，零点发生在增益以20dB 每十倍频的斜率开始递增的点，并伴随有90度的相位超前。图2描述一个由高通滤波器电路引起的零点。
存在第二种零点，即右半平面零点，它引起相位滞后而非超前。伴随着增益递增，右半平面零点引起90度的相位滞后。右半平面零点经常出现于BOOST和BUCK-BOOST转换器中，所以，在设计反馈补偿电路的时候要非常警惕，以使系统的穿越频率大大低于右半平面零点的频率。右半平面零点的博得图见图3。
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3.0 开关电源的理想增益相位图
设计任何控制系统首先必须清楚地定义出目标。通常，这个目标是建立一个简单的博得图以达到最好的系统动态响应，最紧密的线性和负载调节率和最好的稳定性。理想的闭环博得图应该包含三个特性：足够的相位裕量，宽的带宽，和高增益。高的相位裕量能阻尼振荡并缩短瞬态调节时间。宽的带宽允许电源系统快速响应线性和负载的突变。高的增益保证良好的线性和负载调节率。
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3.1 相位裕量
参看图4，相位裕量是在穿越频率处相位高于0度的数量。这不同于大多数控制系统教科书里提出的从-180度开始测量相位裕量。其中包括DC 负反馈所提供的180度初始相移。在实际测量中，这180度相移在DC 处被补偿并允许相位裕量从0度开始测量。
根据奈奎斯特稳定性判据，当系统的相位裕量大于0度时，此系统是稳定的。然而，有一个边界稳定区域存在，此处（指边界稳定区，译注），系统由于瞬态响应引起振荡到经过一个长的调节时间最终稳定下来。如果相位裕量小于45度，则系统在边界稳定。当相位裕量超过45度时，能提供最好的动态响应，短的调节时间和最少过冲。
3.2 增益带宽
增益带宽是指单位增益时的频率，见图4，增益带宽就是穿越频率Fcs 。最大穿越频率的主要限制因素是电源的开关频率。根据采样定理，如果采样频率小于2倍信号频率（更严谨一点的说法是应该小于2倍最大信号频率，译注），则被采样的信息就不能被完全读取。
在开关电源中，开关频率可以从输出纹波中看得出来，它是错误的信息，并且必须不被控制环路所传递。
因此，系统的穿越频率必须小于开关频率的一半，否则，开关噪声和纹波会扭曲输出电压中想要得到的信息，并导致系统不稳定。
3.3 增益
高的系统增益对于保证好的线性和负载调节率提供重要贡献。它能够使PWM 比较器在响应输入输出电压的变化时精确地改变电源开关的占空比，通常，需要在决定高增益和低相位裕量之间做出权衡。
4. 实际设计分析举例 用经典环路控制分析方法，开关调整器的控制环分为四个主要部分：输出滤波器，PWM 电路，误差放大器补偿和反馈。图5用方块图举例说明这四部分，图6举例说明一个开关电源电路图。
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首先，输出电压被反馈网络降压，然后把这个反馈电压送入误差放大器，使之与基准电压相比较而产生一个误差电压信号。脉宽调制部分拾取这个误差电压并且把它与功率变压器的电流相比较并转化为合适的占空比去控制输出部分功率脉冲调制的数量。输出滤波器部分使来自于功率变压器的斩波电压或电流平滑，使反馈控制环完善。下面确定每一部分的增益和相位，并把他们联合起来形成系统的传输函数和系统的增益相位点。
4.1 反馈网络H(s)
反馈网络把输出电压降到误差放大器参考电压的水平，其传输式按简单的电阻分压式得到：
4.2 输出滤波部分G1(S)
在电流模式控制系统中，输出电流被调节以达到目标的输出电压。输出滤波部分把脉动的输出电流转换为目标输出电压。小信号分析得到：
输出电容的ESR 和反馈网络的电阻（R1+R2=R FB ）反映出输出滤波器传输函数的特性。图7的电路分析给出ESR 和R SENSE 的影响。
传输函数G1(S)给出R FB 的初始低频增益。这个增益在f POLE =1/2*π*（R FB +ESR ）*C 处开始滚降，并在f ZERO =1/2*π*ESR*C 变为水平。G1(S)的博得图见图8。
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4.3 PWM 电路部分G2(S)
光耦电路把误差放大网路产生的误差信号传输到主边。AS3842 PWM 电路把这个误差电压与通过主边功率变压器的电流进行比较。然后功率场效应管的占空比被调制，以提供足够的电流到副边来维持想要的输出。
光耦的小信号传输函数是与光耦的电流传输比成比例的固定增益。R5（原文误为R6，式5一并改为R5，译注）是与光耦的二极管串联的限流电阻，并且是AS3842误差放大器的输出阻抗（此句应该理解为R5是这个AS3842开关电源电路中，误差放大器部分的输出阻抗，译注）。这一点在应用文档“Secondary error amplifier with the AS431”中有深入的阐述。从误差放大器的输出到AS3842的COMP 脚的传输函数是：
V CATHODE 是AS431的阴极电压，也就是误差补偿放大器的输出电压。CTR 是光耦的电流传输比。R5(原文为R6，译注)是与光耦的二极管串联的限流电阻。R COMP 是AS3842的COMP 脚当其试图拉电流超过它的最大输出电流时的输出阻抗。
当误差信号传递到补偿脚以后，将其与电流检测信号比较。图9表示一个电流检测比较器和开关部分的简单框图：
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在闭环系统中，V COMP 与I SENSE 维持同样的电平。因此，I PRIMARY 被V COMP 有效的调节：
从I SECONDARY 以后（见图9），副边电流或者说输出电流与主边电流成比例，把等式（4）重新排列表示出副边电流与V COMP 之间的关系。
结合等式（3）和（6）得到PWM 部分的传输函数：
传输函数G2(s)仅包含增益没有相移。
4.4 误差放大器补偿网络G3(S)
一旦输出滤波器和PWM电路部分的传输函数确定下来，然后可以设定误差放大器补偿网络以取得最优化的系统性能。图10例举出一个在低频时提供高的频率滚降和高增益的补偿方案。
这个补偿方案有一些很好的特性适合于误差放大器的补偿，它有很高的直流增益和易控的滚降。
4.5 整个系统
因为这是一个线性系统，可以用叠加的方法得到整个系统的传输函数。通过把整个环路各部分的增益和相位叠加起来，产生整个系统的博得图。通过放置补偿网络的极点和零点使系统的性能最优化。图11把各部分的博得图结合起来，负反馈系统的180度相移也加入进来了。
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5. 测量结果
构造一个150W的电流模式正激转换器，经过修正的小信号环路特性显示出它在系统瞬态响应时所起的作用。图13（原文误为图12，译注）给出它的增益－相位图。与图11所展示的一样，获得了相同的博得图曲线。此增益相位图显示这个系统有86.7度的相位裕量。意味着稳定的系统有快速的瞬态响应。图15（原文误为图13，译注）给出系统的瞬态响应。为了展示相位裕量的作用，通过增加整个系统的增益和提高穿越频率，系统的相位裕量会减少。穿越频率提高时系统的相位裕量在减少。图12（原文误为图14，译注）给出更高的穿越频率和更少的相位裕量（65度）时的系统博得图。其瞬态响应见图14（原文误为图15，译注），注意更少的相位裕量导致更大的振荡和更长的调节时间。表1比较了这两个不同增益大小的系统之间线性和负载调节率的变化。正如前面所述，高的环路增益得到更紧密的线性和负载调节率。还应该注意需在高的相位裕量和较低的环路增益之间取得平衡。
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6.测量方法
为了保证准确的结果，测试信号接入节点的阻抗必须大于它的输出阻抗。在图6的测试电路中，误差放大器在副边，PWM电路在主边。测试信号在光耦的输出和AS3842的V COMP 输入之前接入。输入阻抗是从V COMP脚看入时的阻抗，输出阻抗是光耦的输出阻抗。在其他误差放大器和PWM电路没有隔离的应用中，测试信号可以在输出滤波电容之后接入，使其与误差放大器的输入相串联。
全文完
2006-6-6
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第六章 开关电源反馈设计 除了磁元件设计以外，反馈网络设计也是开关电源了解最少、且非常麻烦的工作。它涉及到模拟电子技术、控制理论、测量和计算技术等相关问题。 开关电源环路设计的目标是要在输入电压和负载变动范围内，达到要求的输出（电压或电流）精度，同时在任何情况下应稳定工作。当负载或输入电压突变时，快速响应和较小的过冲。同时能够抑制低频脉动分量和开关纹波等等。 为了较好地了解反馈设计方法，首先复习模拟电路中频率特性、负反馈和运算放大器基本知识，然后以正激变换器为例，讨论反馈补偿设计基本方法。并介绍如何通过使用惠普网络分析仪HP3562A 测试开环响应，再根据测试特性设计校正网络和验证设计结果。最后对仿真作相应介绍。 6.1 频率响应 在电子电路中，不可避免存在电抗（电感和电容）元件，对于不同的频率，它们的阻抗随着频率变化而变化。经过它们的电信号不仅发生幅值的变化，而且还发生相位改变。我们把电路对不同频率正弦信号的输出与输入关系称为频率响应。 6.1.1 频率响应基本概念 电路的输出与输入比称为传递函数或增益。传递函数与频率的关系－即频率响应可以用下式表示 )()(f f G G ?∠= 其中G (f )表示为传递函数的模（幅值）与频率的关系，称为幅频响应；而∠?(f )表示输出信号与输入信号的相位差与频率的关系，称为相频响应。 典型的对数幅频响应如图6.1所示，图6.1(a)为幅频特性，它是画在以对数频率f 为横坐标的单对数坐标上，纵轴增益用20log G (f )表示。图6.1(b)为相频特性，同样以对数频率f 为横坐标的单对数坐标上，纵轴表示相角?。两者一起称为波特图。 在幅频特性上，有一个增益基本不变的频率区间，而当频率高于某一频率或低于某一频率，增益都会下降。当高频增高时，当达到增益比恒定部分低3dB 时的频率我们称为上限频率，或上限截止频率f H ，大于截止频率的区域称为高频区；在低频降低时，当达到增益比恒定部分低3dB 时的频率我们称为下限频率，或下限截止频率f L ，低于下限截止频率的区域称为低频区；在高 频截止频率与低频截止频率之间称为中频区。在这个区域内增益基本不变。同时定义 L H f f BW -= （6-1） 为系统的带宽。 6.1.2 基本电路的频率响应 1. 高频响应 在高频区，影响系统（电路）的高频响应的电路如图6.2所示。以图6.2a 为例，输出电压与输入电压之比随频率增高而下降，同时相位随之滞后。利用复变量s 得到 R s C sC R sC s U s U s G i o +=+== 11 /1/1)()()( （6-2） 对于实际频率，s =j ω＝j 2πf ，并令 BW f H 103 103 (b) 图6.1 波特图
DCDC电源设计方案 1、DC/DC电源电路简介 DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC/DC转换。常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3.3V等。结合到本公司产品，这里主要总结24V以下的DC/DC电源电路常用的设计方案。 2、DC/DC转换电路分类 DC/DC转换电路主要分为以下三大类： （1）稳压管稳压电路。 （2）线性(模拟）稳压电路。 （3）开关型稳压电路 3、稳压管稳压电路设计方案 稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图(1)所示， 选择稳压管时一般可按下述式子估算： (1) Uz=V out; (2)Izmax=(1.5-3)I Lmax (3)Vin=(2-3)V out 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。 有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时候可以采用常用的一些电压基准芯片如MC1403 ,REF02,TL431等。这里主要介绍TL431、REF02的应用方案。 3.1 TL431常用电路设计方案 TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出
电源反馈设计速成篇之五: 设计篇 (Voltage mode, CCM) 设计的目的是为了系统稳定且有足够频率响应使系统在负载变化时得到较小的电压波动. 传统的无差运放调节器分为一类(Type 1), 二类(Type 2)和三类(Type 1), 对应其有一个, 两个和三个极点. 图1为Type 1补偿器. 其传递函数为一积分器.应用Type1补偿器时，为了系统稳定，剪切频率必须远在LC 谐振双极点之前．一般应用于对负载变化要求不高的场合． 1 111C R s G I ??= 图2为Type 2补偿器, 其传递函数为 ) /1()/1(1)(1211p z II s s s C C R G ωω++??+?=, 其中 2 12121C C C C R p +??=ω，221C R z ?=ω 图3为Type 2补偿器波特图．相比Type1多引入了一个零点和极点，零点在前极点在后因此可以提升相位，推高剪切频率提高系统响应速度．图4为Type 2补偿器系统设计波特图，黑色为主电路开环频率响应，粉红色为补偿器频率响应，蓝色为整个系统开环回路增益(Loop Gain)，虚线为运放开环增益．剪切频率可在LC 谐振双极点之后．其前提是ESR 零点在剪切频率之前靠近LC 谐振双极点，否则相位裕量不够．设计要点是放零点在LC 谐振双极点之前如0.1倍处，极点在0.5倍开关频率之前以衰减高频噪声． 图5为Type 3补偿器波特图．相比Type2又多引入了一个零点和极点，零点在前极点在后因此可以提升更多相位，推高剪切频率提高系统响应速度．图6为Type 3补偿器系统设计波特图，黑色为主电路开环频率响应，粉红色为补偿器频率响应，蓝色为整个系统开环回路增益(Loop Gain)，虚线为运放开环增益．剪切频率可在LC 谐振双极点之后．设计要点是放两个零点在LC 谐振双极点之前如0.5和1倍处以抵消LC 谐振双极点，一个极点在ESR 零点处抵消ESR 零点,处另一个极点在0.5倍开关频率之前以衰减高频噪声． 图1. Type 1补偿器
电源反馈设计速成篇之九: 比较篇(Current Mode or Voltage Mode) 本文来自Dr. Ray Ridley 的“Current Mode or Voltage Mode” 电流模式的优点: 1. 易补偿 电压模式在滤波器谐振频率后相位急剧下降需要Type 3补偿器稳定系统。电流模式在低频象单极点系统，因为电流环控制了电感。这增加了相位裕量使变换器更易于控制。Type 2补偿器已足够了，极大地简化了设计。图1比较了电压模式和电流模式主回路幅值和相位，显示电流模式是多么容易补偿。 2. RHP零点变换器 电流模式不能消除Boost, Flyback等变换器的RHP零点。但是它能使这些变换器的补偿更容易。对电压模式来说，剪切频率要高于滤波器谐振频率，否则滤波器要产生振荡。如果变换器的剪切频率受到RHP零点的限制，剪切频率不可能高于滤波器谐振频率。对电流模式来说就不存在这一问题。 3. CCM 和DCM运行 电压模式从CCM进入DCM时改变很大如图2所示。要设计一个补偿器让电压模式在CCM 和DCM下都有好的性能是不可能的。对电流模式来说跨越CCM 和DCM就不存在这一问题。在剪切频率处特性几乎一致如图3所示。在CCM 和DCM下有优化的响应是主要优点，这让主电路的运行更有效。让变换器对所有的负载，输入电压，温度，瞬间变化，其他参数变化时保持在DCM 下可能导致严重的元件应力。 4. 抗输入噪音 电流的闭环给输入噪音带来了极大的衰减。对Buck, 适当的锯齿波补偿可使输入影响为零。即使电流模式电压环的中等增益也可极大衰减输入纹波。对电压模式来说，实现同样的性能要有大的多的增益才行。 电流模式的缺点: 1. 电流检测 需要更多的电路，或损耗来精确的检测开关电流或电感电流。对大多数隔离电源，用取样电阻或电流互感器检测开关电流。电流取样必须有足够的带宽来重建电流信号。电流互感器带宽必须比开关频率高几个数量级才能可靠工作。 2. 子谐波振荡不稳定 占空比接近50%时不稳定。可用斜波补偿解决，但增加了复杂性。 3. 信噪比 电流模式电源最大的问题是电流检测信号的噪音。电流检测信号往往太小，受PWM芯片限制，小于1V。直流分量大而交流分量小。如果考虑到尖峰和振荡情况将更糟。 解决方案包括滤波，改变检测点，LEB（前沿封锁）。
2006年9月25日第23卷第5期 通信电源技术 Telecom Power Technologies Sep.25,2006,Vol.23No.5 收稿日期:2006204205 作者简介:陈小敏(19822),男,湖北荆门人,硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动。 文章编号:100923664(2006)0520038202设计应用 基于UC 3843的反激式开关电源反馈电路的设计 陈小敏,黄声华,万山明 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074) 摘要:介绍了UC 3843的工作特点,利用UC 3843设计了反激式开关稳压电源,分析了新型反馈电路的工作过程及优点,与传统方法相比,此方法使电源的动态响应更快,调试更简单。最后提出了反馈电路详细的设计方法,仿真结果证明了设计的可行性。 关键词:UC 3843;开关电源;反馈电路中图分类号:TN 86 文献标识码:A The Design of Feedback Circuit of t he Flyback Switching Mode Power Supply Based on UC 3843 CH EN Xiao 2min ,HUAN G Sheng 2hua ,WAN Shan 2ming (Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China ) Abstract :This paper introduces the characteristic of the UC 3843,designs a flyback switching mode voltage 2stabilized source circuit by using the UC 3843,analyzes the operation course and advantages of a novel feedback https://www.doczj.com/doc/7f12089615.html,paring to the traditional method ,this method makes faster dynamic response to the power ,and it is more convenient to debug.In the end of the article ,it presents the detailed design method ,the simulation result proves the feasibility of the design. Key words :UC 3843;switching mode power supply ;feedback circuit 0 引 言 UC 3843是高性能固定频率电流模式控制器,专 为低压应用而设计,广泛用于100W 以下的反激式开关电源中。目前大多数开关电源都采用离线式结构,一般从辅助供电绕组回路中通过电阻分压取样,该反馈方式的电路简单,但由于反馈不能直接从输出电压取样,没有隔离,抗干扰能力也差,所以输出电压中仍有2%的纹波,对于负载变化大和输出电压变化大的情况下响应慢,不适合精度要求较高或负载变化范围较宽的场合[1],为了解决这些问题,可以采用可调式精密并联稳压器TL 431配合光耦构成反馈回路。 1 UC 3843简介[2] UC 3843芯片内部具有可微调的振荡器(能进行 精确的占空比控制)、温度补偿的参考、高增益误差放大器,电流取样比较器。其低启动电流,带滞后的欠压锁定,工作频率可达500k Hz ,大电流的图腾柱式输出,是驱动功率MOSFET 的理想器件。UC 3843芯片内部简化方框图如图1所示。 2 应用电路分析 以UC 3843为核心的单端反激式开关稳压电源应 用电路如图2所示。 图1 UC 3843 简化方框图 图2 UC 3843应用电路 如图2所示,采用TL 431配合光耦PC 817A 作为参考、隔离、取样,电路中将UC 3843内部的误差放大器反向输入端2脚直接接地,PC 817A 的三极管集电极直接接在误差放大器的输出端1脚,跳过芯片内部的误差放大器,直接用1脚做反馈,然后与电流检测输入的第3脚进行比较,通过锁存脉宽调制器输出PWM 驱动信号。当输出电压升高时,经电阻R up ,R low 分压后输入到TL 431的参考端的电压也升高,此时流 ? 83?
最详细的开关电源反馈回 路设计 Prepared on 22 November 2020
开关电源反馈回路设计 开关电源反馈回路主要由光耦（如PC817）、电压精密可调并联稳压器（如TL431）等器件组成。要研究如何设计反馈回路，首先先要了解这两个最主要元器件的基本参数。 1、光耦 PC817的基本参数如下表： 2、可调并联稳压器 由TL431的等效电路图可以看到，Uref是一个内部的基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近Uref（）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管VT的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的。 前面提到TL431的内部含有一个的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若Vo增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在Uref等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。 图2 选择不同的R1和R2的值可以得到从到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1mA。 了解了TL431和PC817的基本参数后，来看实际电路： 图3 反馈回路主要关注R6、R8、R13、R14、C8这几个器件的取值。 首先来看R13。R13、R14是TL431的分压电阻，首先应先确定R13的值，再根据Vo=(1+R14/R13)Vref公式来计算R14的值。 1.确定R13.、R14取值
开关电源设计重难点问答剖析 如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数？ 很多未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理，比如担心开关电源的EMI问题、PCB layout问题、元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了，使用开关电源设计还是非常方便的。 一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单了，也简化了PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。 开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统，所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路，还有来控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能力是会有很大影响。 输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及MOSFET等等，这些器件的选择基本上就是要满足性能和成本的平衡，比如高的开关频率就可以使用小的电感值（意味着小的封装和便宜的成本），但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从而效率降低。低的开关频率带来的结果则是相反的。 对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是非常关键的，小的ESR可以减小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFET是不能被良好驱动的。 一般来说，开关电源控制器的供应商会提供具体的计算公式和使用方案供工程师借鉴的。 如何调试开关电源电路？ （1）电源电路的输出通过低阻值大功率电阻接到板内，这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试，避开后面电路的影响。 （2）一般来说开关控制器是闭环系统，如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围，开关电源就会工作不正常，所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采
最详细的开关电源反馈回路设计
开关电源反馈回路设计 开关电源反馈回路主要由光耦（如PC817）、电压精密可调并联稳压器（如TL431）等器件组成。要研究如何设计反馈回路，首先先要了解这两个最主要元器件的基本参数。 1、光耦 PC817的基本参数如下表：
2、可调并联稳压器 由TL431的等效电路图可以看到，Uref是一个内部的2.5V 基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF 端（同相端）的电压非常
接近Uref（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF 端电压的微小变化，通过三极管VT的电流将从1 到100mA 变化。当然，该图绝不是TL431 的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431 的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的。 前面提到TL431 的内部含有一个2.5V 的基准电压，所以当在REF 端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2 所示的电路，当R1 和R2 的阻值确定时，两者对Vo 的分压引入反馈，若Vo 增大，反馈量增大，TL431 的分流也就增加，从而又导致Vo 下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在Uref等于基准电压处稳定，此时 Vo=(1+R1/R2)Vref。 图2 选择不同的R1 和R2 的值可以得到从2.5V 到36V 范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2 时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证 TL431 工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA。
原边反馈电源方案的设计 原边反馈（PSR）的AC/DC控制技术是最近10年间发展起来的新型AC/DC控制技术，与传统的副边反馈的光耦加431的结构相比，其最大的优势在于省去了这两个芯片以及与之配合工作的一组元器件，这样就节省了系统板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性。在手机充电器等成本压力较大的市场，以及LED驱动等对体积要求很高的市场具有广阔的应用前景。 在省去了这些元器件之后，为了实现高精度的恒流/恒压（CC/CV）特性，必然要采用新的技术来监控负载、电源和温度的实时变化以及元器件的同批次容差，这就涉及到初级（原边）调节技术、变压器容差补偿、线缆补偿和EMI优化技术。 初级调节的原理是通过精确采样辅助绕组（NAUX）的电压变化来检测负载变化的信息。当控制器将MOS管打开时，变压器初级绕组电流ip从0线性上升到ipeak，公式为 。此时能量存储在初级绕组中，当控制器将MOS管关断后，能量通过变压器传递到次级绕组，并经过整流滤波送到输出端VO。在此期间，输出电压 VO 和二极管的正向电压 VF 被反射到辅助绕组 NAUX，辅助绕组 NAUX 上的电压在去磁开始时刻可由公式 表示，其中VF是输出整流二极管的正向导通压降，在去磁结束时刻 可由公式表示，由此可知，在去磁结束时间点，次级绕组输出电压与辅助绕组具有线性关系，只要采样此点的辅助绕组的电压，并形成由精确参考电压箝位的误差放大器的环路反馈，就可以稳定输出电压VO。这时的输出电流IO由公式表示，其中VCS是CS脚上的电压，其他参数意义如图1所示。这是恒压（CV）模式的工作原理。
图1 原边控制应用框图及主要节点波形图。 当负载电流超过电流极限时，负载电流会被箝位在极限电流值，此时系统就进入恒 流（CC）模式，这里对IO的公式需要加一个限定条件即，即去磁时间与开关周期的比例保持一个常数，这样在CC模式下的输出电流公式变成了 ，其中C1是一个小于0.5的常数，VCSLMT是CS引脚限压极限值。 在使得去磁时间与开关周期的比例保持一个常数后，输出的电压和电流就都与变压器的电感值无关了，因此在实用层面上降低了应用方案对同批次电感感值一致性的要求，从而降低了大规模生产加工的成本。 与此同时，原边反馈系统还会面临线缆压降的问题。因为系统不是直接采样输出端（次级绕组整流后）的电压，而是通过采样辅助绕组的去磁结束点的电压来控制环路反馈的，因此，当输出线较长或者线径较细时，在负载线上会存在较大的内阻（例如在充电器方案中）。在负载电流变化较大的情况下，输出线的末端电压也会有较大变化。在CV模式下，这种变化在某些场合是不能接受的，因此，原边反馈驱动芯片还应该提供对线缆压降补偿的功能，这个功能通常是通过在INV脚上拉一个小电流来实现的。通过预估补偿值来调节连接在INV 脚上的分压电阻的总阻值（分压比例不变），从而补偿不同负载线型和负载大小带来的线缆压降，以维持CV曲线的水平性（如图2 中的CV曲线）。 图2 原边反馈AC-DC控制器的工作模式示意图。
电流型开关电源中电压反馈电路的设计 2007-11-29 09:35:15| 分类：电源| 标签：|字号大中小订阅 尚修香侯振义空军工程大学电讯工程学院 在传统的电压型控制中，只有一个环路，动态性能差。当输入电压有扰动时，通过电压环反馈引起占空比的改变速度比较慢。因此，在要求输出电压的瞬态误差较小的场合，电压型控制模式是不理想的。为了解决这个问题，可以采用电流型控制模式。电流型控制既保留了电压型控制的输出电压反馈,又增加了电感电流反馈,而且这个电流反馈就作为PWM控制变换器的斜坡函数，从而不再需要锯齿波发生器，使系统的性能具有明显的优越性。电流型控制方法的特点如下: 1、系统具有快速的输入、输出动态响应和高度的稳定性； 2、很高的输出电压精度； 3、具有内在对功率开关电流的控制能力； 4、良好的并联运行能力。 由于反馈电感电流的变化率直接跟随输入电压和输出电压的变化而变化。电压反馈回路中，误差放大器的输出作为电流给定信号，与反馈的电感电流比较，直接控制功率开关通断的占空比，所以电压反馈是电流型电源设计中很重要的问题。本文介绍使用电流型控制芯片uc3842时，电压反馈电路的设计。 一、uc3842简介 图1为UC3842PWM控制器的内部结构框图。其内部基准电路产生＋5V基准电压作为UC3842内部电源，经衰减得2.5V电压作为误差放大器基准，并可作为电路输出5V/50mA的电源。振荡器产生方波振荡，振荡频率取决于外接定时元件，接在4脚与8脚之间的电阻R与接在4脚与地之间的电容C共同决定了振荡器的振荡频率，f=1.8/RC。反馈电压由2脚接误差放大器反相端。1脚外接RC网络以改变误差放大器的闭环增益和频率特性，6脚输出驱动开关管的方波为图腾柱输出。3脚为电流检测端，用于检测开关管的电流，当3脚电压≥1V时，UC3842就关闭输出脉冲，保护开关管不至于过流损坏。UC3842PWM 控制器设有欠压锁定电路，其开启阈值为16V，关闭阈值为10V。正因如此，可有效地防止电路在阈值电压附近工作时的振荡。 图1UC3842的内部结构框图如下： UC3842具有以下特点： 1、管脚数量少，外围电路简单，价格低廉； 2、电压调整率很好； 3、负载调整率明显改善； 4、频响特性好，稳定幅度大； 5、具有过流限制、过压保护和欠压锁定功能。 UC3842具有良好的线性调整率，因为输入电压Vi 的变化立即反应为电感电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，再增加一级输出电压Vo至误差放大器的控制，能使线性调整率更好；可明显地改善负载调整率，因为误差放大器可专门用于控制由于负载变化造成的输出电压
电源反馈设计速成篇之八: 建模篇(Peak Current Mode) 图1为Peak Current Mode 等效小信号模型. Vg为输入电压, Vo为输出电压, io 为输出电流, iL 为电感电流, d为占空比, Vc为反馈控制电压. Gvg为Vg到Vo的传递函数, Gvd为d 到Vo的传递函数, Gig, Gio, Gid分别为Vg, io, d到iL的传递函数, Zo为开环输出阻抗, Fm为等效调制比(Voltage Mode就是三角波幅度倒数, Current Mode是电压和电流的综合),Kf和Kr是考虑了Vg和Vo的扰动影响, 其值很小, 一般忽略没有大的影响. Hv是电压反馈环, Hi是电流采样系数, 负号表示负反馈. 如果是采样电阻的CIC(Current Injection Control)法, Hi就是采样电阻,如果是电感电压的SCM(Standard Current Mode)法, Hi要根据具体电路求得. Current Mode的精髓是要知道电感的di/dt. Gvg, Gvd, Zo, Gig, Gid, Gio这些传递函数都可以由Voltage Mode得到. 不再赘述. 图1. Peak Current Mode等效小信号模型
He 是等效采样保持传递函数 1)(??=?s T s s e e T s s H Ts 为开关周期. 如下表: : Ri 为电流取样电阻, 即Hi. 可以证明, 不论Ri 去多大, 电流内环都一样, 因为Fm 可以和Ri 对消．一般Ri 由功耗等决定． 定义 s e n s n c m T S S T S m F )(1 1+== , n e c S S m +=1 Ts 为开关周期, Se 为外加斜坡补偿三角波幅值, Sn 为电感电流采样等效三角波幅值. mc 为衡量斜坡补偿效果系数, mc=1即Se=0, 为纯电流控制，mc>>1既外加斜坡补偿>>电感电流采样等效三角波幅值, 退化为Voltage Mode.一般mc=1.5-2. Hv 为设计参数，一般用Type2补偿，零点决定响应快慢，极点补偿ESR 零点，ＲＨＰ零点，或1/2开关频率，三者取其低的值. 以上为CCM Mode, 如果为DCM mode, 则开环参数为DCM mode 下的各个参数, 如下表:
开关电源设计学习园地https://www.doczj.com/doc/7f12089615.html, 开关电源控制环设计 资料来源：Switching power supply control loop design(ASTEC-Application Note 5) 译者：smartway 1. 绪论 在开关模式的功率转换器中，功率开关的导通时间是根据输入和输出电压来调节的。因而，功率转换器是一种反映输入与输出的变化而使其导通时间被调制的独立控制系统。由于理论近似，控制环的设计往往陷入复杂的方程式中，使开关电源的控制设计面临挑战并且常常走入误区。下面几页将展示控制环的简单化近似分析，首先大体了解开关电源系统中影响性能的各种参数。给出一个实际的开关电源作为演示以表明哪些器件与设计控制环的特性有关。测试结果和测量方法也包含在其中。 2. 基本控制环概念 2.1 传输函数和博得图 系统的传输函数定义为输出除以输入。它由增益和相位因素组成并可以在博得图上分别用图形表示。整个系统的闭环增益是环路里各个部分增益的乘积。在博得图中，增益用对数图表示。因为两个数的乘积的对数等于他们各自对数的和，他们的增益可以画成图相加。系统的相位是整个环路相移之和。 2.2 极点 数学上，在传输方程式中，当分母为零时会产生一个极点。在图形上，当增益以20dB 每十倍频的斜率开始递减时，在博得图上会产生一个极点。图1举例说明一个低通滤波器通常在系统中产生一个极点。其传输函数和博得图也一并给出。 2.3 零点 零点是频域范围内的传输函数当分子等于零时产生的。在博得图中，零点发生在增益以20dB 每十倍频的斜率开始递增的点，并伴随有90度的相位超前。图2描述一个由高通滤波器电路引起的零点。
稳定的反馈环路对开关电源来说是非常重要的，如果没有足够的相位裕度和幅值裕度，电源的动态性能就会很差或者出现输出振荡。 下面先介绍了控制环路分析里面必须用到的各种零，极点的幅频和相频特性；然后对最常用的反馈调整器TL431的零，极点特性进行分析；TOPSWITCH是市场上广泛应用的反激式电源的智能芯片，它的控制方式是比较复杂的电压型控制，为了方便一般使用者，内部集成了一部分补偿功能，所以很多工程师不清晰它的整个环路，最后运用上面的理论分析一个TOPSWITCH设计的电源，对它的环路的每一个部分进行了解剖，可以使工程师更好地应用TOPSWITCH及解决设计中遇到的环路问题。 波特图是分析开关电源控制环路的一个有力工具，它可以使复杂的幅频和相频响应的计算变成简单的加减法，特别是使用渐近线近似以后，只需要计算渐近线改变方向点的值。 增益按-20dB/10倍频程下降, 相位近似按-45°/10倍频程下降。最大相移为-90° 增益按20dB/10倍频程上升,相位近似按45°/10倍频程上升，最大总相移为90°
右半平面零点是反激和BOOST电路里面特有的现象。增益按20dB/10倍频程上升，相位近似按-45°/10倍频程下降，总相移为-90°,右半平面零点是几乎无法补偿的，做设计时尽量把其频率提升或降低带宽。 Q值是电路的品质因数，过了谐振点后，增益按－40dB/10倍频程下降, 相位依Q值的不同有不同的变化率，Q值越大，相位变化越剧烈，在谐振点相位是-90°, 最大总相移为-180°
Q值是电路的品质因数，R2是负载电阻，R1是电感的电阻，电容的ESR, 整流管内阻，和代表磁心损耗和漏感损耗的合成电阻。大部分的AC/DC电源，由于损耗较高，一般Q值很难大于3. 当Q值较低时(Q<<0.5)，双极点响应会退化为两个单极点响应，如上图所示。TL431用输出供电时的零，极点特性 TL431是开关电源次级反馈最常用的基准和误差放大器件，其供电方式不同对它的传递函数有很大的影响，而以前的分析资料常常忽略 这一点。下面分析常见的供电和输出反馈接在一起时的传递函数。
电源设计经典案例集锦(TI内部培训资料) 电源设计经典案例集锦是TI（德州仪器）公司针对电源设计全面、系统、权威的内部培训资料，旨在通过从原理到应用全面、系统的讲解电源设计方面的知识，从而帮助电源设计工程师尽快入门并精通，相信对电源设计的工程师会非常有帮助。 电源设计必杀技：TI公司最系统的电源设计培训资料 电源设计经典案例集锦1：为您的电源选择正确的工作频率 为电源选择最佳的工作频率是一个复杂的权衡过程，其中包括尺寸、效率以及成本。通常来说，低频率设计往往是最为高效的，但是其尺寸最大且成本也最高。虽然调高频率可以缩小尺寸并降低成本，但会增加电路损耗。该《电源设计经典案例集锦》将使用一款简单的降压电源来描述这些权衡过程。 电源设计经典案例集锦2：小心别被电感磁芯损耗烫伤 您是否有过为降压稳压器充电、进行满功率测试，随后在进行电感指端温度测试时留下了永久（烫伤）印记的经历呢？或许过高的磁芯损耗和交流绕组损耗就是罪魁祸首。在100-kHz 开关频率下，一般不会出现任何问题，这是因为磁芯损耗约占总电感损耗的5% 到10%。因此，相应的温升才是问题所在，跟随本《电源设计经典案例集锦》去挖掘吧！ 电源设计经典案例集锦3：低成本、高性能LED驱动器 随着LED 生产成本的下降，LED 在各种应用中的使用率越来越高，其中包括手持设备、车载以及建筑照明。其高可靠性（使用寿命超过50000 小时）、高效率（175 流明/瓦）以及近乎瞬时的响应使其成为一种颇具吸引力的光源。但是，驱动LED 却是一项很具挑战性的工作。本《电源设计经典案例集锦》带你一起去领略一下低成本、高性能的LED驱动器的设计以及不同的调光策略哦 电源设计经典案例集锦4：改善负载瞬态响应—第2部分 这篇《电源设计经典案例集锦》介绍如何使用TL431分路稳压器关闭隔离电源的反馈环路，但是本文着重讨论了一种扩展电源控制环路带宽以改善瞬态负载及线路响应的方法。您可能必须要参考原文来继续这一讨论哦。 电源设计经典案例集锦5：高频导体的电流分布 随着频率增加，导体的电流分布会急剧变化。在自由空间中，相比扁平导体，圆形导体在高频下电阻更低。但是，同接地层一起使用时，或者其位于携带返回电流的导体附近时，扁平导体则更佳。本《电源设计经典案例集锦》就将研究自由空间及缠绕结构中导体的有效电阻！
开关电源反馈回路设计 开关电源反馈回路主要由光耦（如PC817）、电压精密可调并联稳压器（如TL431）等器件组成。要研究如何设计反馈回路，首先先要了解这两个最主要元器件的基本参数。 1、光耦 PC817的基本参数如下表：
2、可调并联稳压器 由TL431的等效电路图可以看到，Uref是一个内部的2.5V 基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF 端（同相端）的电压非常接 近Uref（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF 端电压的微小变化，通过三极管VT的电流将从1 到100mA 变化。当然，该图绝不是TL431 的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在 设计、分析应用TL431 的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有 帮助的。 前面提到TL431 的内部含有一个2.5V 的基准电压，所以当在REF 端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2 所示的电路，当R1 和R2 的阻值确定时，两者对Vo 的分压引入反馈，若Vo 增大，反馈量增大，TL431 的分流也就增加，从而又导致Vo 下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在Uref等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。 图2 选择不同的R1 和R2 的值可以得到从2.5V 到36V 范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2 时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431 工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA。
了解了TL431和PC817的基本参数后，来看实际电路： 图3 反馈回路主要关注R6、R8、R13、R14、C8这几个器件的取值。 首先来看R13。R13、R14是TL431的分压电阻，首先应先确定R13的值，再根据Vo=(1+R14/R13)Vref 公式来计算R14的值。 1.确定R13.、R14取值 确定R13的值考虑以下两个条件：
基于UC3843的反激式开关电源反馈电路的设计 作者：陈小敏， 黄声华， 万山明， CHEN Xiao-min， HUANG Sheng-hua， WAN Shan-ming 作者单位：华中科技大学电气与电子工程学院,湖北,武汉,430074 刊名： 通信电源技术 英文刊名：TELECOM POWER TECHNOLOGIES 年，卷(期)：2006,23(5) 被引用次数：2次 参考文献(3条) 1.胡荣强;黄庆义;王闯瑞电流型脉宽调制器UC3842的外围电路的改进[期刊论文]-电气应用 2005(07) 2.周志敏;周纪海;纪爱华现代开关电源控制电路设计及应用 2005 3.方宇;邢岩基于UC3842的单端反激式隔离开关稳压电源的设计[期刊论文]-微电子与基础产品 2002(02) 本文读者也读过(8条) 1.李良钰.Li Liang-yu一种基于UC3843的单端反激式开关电源[期刊论文]-电子质量2007(7) 2.许泰峰.曲伟.司娜.XU Tai-feng.QU Wei.SI Na一种基于UC3843电流模式控制器的高效DC-DC模块电源设计[期刊论文]-仪表技术2010(9) 3.胡建明.李杰.侯丽娟.HU Jian-ming.LI Jie.HOU Li-juan智能开关稳压电源的设计[期刊论文]-天津工程师范学院学报2008,18(3) 4.孙小平.丁志杰一种15W三路输出DC/DC模块电源的设计[期刊论文]-电子设计应用2005(5) 5.李海龙.LI Hailong基于UC384*系列芯片的反激稳压电源的设计和分析[期刊论文]-低压电器2009(19) 6.王正.朱兴动.张六弢UC3843控制多路输出开关电源设计与实现[期刊论文]-航空计算技术2004,34(2) 7.高健.许飞云.贾民平.彭森.GAO Jian.XU Fei-yun.JIA Min-ping.PENG Sen基于UC3843的CCM模式Boost变换器设计[期刊论文]-电力电子技术2010,44(1) 8.张世辉.陈霞基于UC3843升压式程控开关稳压电源的设计[期刊论文]-电脑开发与应用2011,24(2) 引证文献(3条) 1.黄华.刘睿便携式彩超Terason t3000的LaptopPC交流适配器原理分析及故障维修1例[期刊论文]-医疗卫生装备2011(12) 2.曾翔车载笔记本电源适配器的设计[期刊论文]-通信电源技术 2010(4) 3.李一洪基于SHEPWM正弦波发生芯片的逆变器的研究[期刊论文]-科技与生活 2010(16) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/7f12089615.html,/Periodical_txdyjs200605013.aspx
电源反馈设计速成篇之七: 拓扑篇 图1为Buck 电路,虚线中的部分可以将CCM 或DCM 等效平均电路模型代入,即可进行推导和计算仿真交流小信号的各项参数. 同样对Boost 和Buck-boost 也可进行同样的代入过程. 图2和图3分别为Boost 和Buck-boost 电路. V in 图1. Buck 电路 V in 图2. Boost 电路 V in 图3. Buck-boost 电路 对Boost 不难推出其控制到输出传递函数有右半平面零点(RHP zero): f z L M R ?=22ω, 此表达式对DCM 和CCM 是一样的, in o V V M =,此表达式对DCM 和CCM 是不一样的. 对Buck-boost 有类似的结果:
f z L M M R ?+?= )1(2ω, 此表达式对DCM 和CCM 是一样的, in o V V M =,此表达式对DCM 和CCM 是不一样的. 有RHP zero 则回路增益剪切频率必须远低于RHP zero, 两个极点要补偿ESR zero 和RHP zero. 对DCM 来说, 负载太轻则RHP zero 移向低频, 为提高带宽和动态响应, 必须加一点点假负载使RHP zero 不致太低. 为啥Buck 没有而Boost 和Buck-boost 会有RHP zero? 想一下负载变化时控制信号,门极信号, 电感电流, 负载电流的变化情况就清楚了. 其他隔离型变换器都可以折算到原边或付边成为非隔离型的变换器再进行计算. 1. 正激 Forward: 绕组复位普通型可以将原边电压折算到付边为Buck, 有源钳 位激磁电感和钳位电容形成谐振, 为四阶系统.双管正激和单管正激一样. 2. 反激Flyback: 可以折算到原边或付边成为Buck-Boost 3. 半桥Half-bridge: Center-Tap 可以将原边电压折算到付边为Buck, current doubler 可以将原边电压折算到付边为两相交错Buck, 最终可折算为单相Buck, 多相交错Buck 另文叙述. 4. 全桥 Full-bridge: 普通型和半桥是一样的, 移相全桥没有仔细研究. 5. 两级系统: 为四阶系统, 推导复杂, 但仿真计算一样, 计算机算就是了, 如谐振 频率差很多可以近似把第二级看成是第一级的负载.
如何设计一个合适的开关电源电路 很多未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理，比如担心开关电源的干扰问题，PCB layout问题，元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了，使用开关电源设计还是非常方便的。 一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单了，也简化了PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。 开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统，所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路，还有来控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能力是会有很大影响。 输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及MOSFET等等，这些器件的选择基本上就是要满足性能和成本的平衡，比如高的开关频率就可以使用小的电感值（意味着小的封装和便宜的成本），但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从而效率降低。低的开关频率带来的结果则是相反的。 对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是非常关键的，小的ESR可以减小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFET是不能被良好驱动的。 一般来说，开关电源控制器的供应商会提供具体的计算公式和使用方案供工程师借鉴的。1 如何调试开关电源电路？ 有一些经验可以共享给大家：（1）电源电路的输出通过低阻值大功率电阻接到板内，这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试，避开后面电路的影响。（2）一般来说开关控制器是闭环系统，如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围，开关电源就会工作不正常，所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR 值的输出电容，会产生很多的电源纹波，这也会影响开关电源的工作的。
引言 随着电子技术的飞速发展，现代电子测量装置往往需要负电源为其内部的集成电路芯片与传感器供电。如集成运算放大器、电压比较器、霍尔传感器等。 负电源的好坏很大程度上影响电子测量装置运行的性能，严重的话会使测量的数据大大偏离预期。目前，电子测量装置的负电源通常采用抗干扰能力强，效率高的开关电源供电方式。以往的隔离开关电源技术通过变压器实现负电压的输出，但这会增大负电源的体积以及电路的复杂性。而随着越来越多专用集成DC/DC控制芯片的出现，使得电路简单、体积小的非隔离负电压开关电源在电子测量装置中得到了越来越广泛的应用。因此，对非隔离负电压开关电源的研究具有很高的实用价值。 传统的非隔离负电压开关电源的电路拓扑有以下两种，如图1、图2所示。图3是其滤波输出电容的充电电流波形。由图3可见，采用图2结构的可获得输出纹波更小的负电压电源，并且在相同电感峰值电流的情况下其带负载能力更强。由于图2的开关器件要接在电源的负极，这会使得其控制电路会比图1来得复杂，因此在市场也没有实现图2电路结构（类似于线性稳压电源调节芯片7915功能）的负电压开关电源控制芯片。 为了弥补现有非隔离负电压开关电源技术的不足，以获得一种带负载能力强、输出纹波小的非隔离负电压开关电源，本文提出一种采用Boost开关电源控制芯片LT1935及分立元件实现了图2所示原理的基于峰值电流控制的新型非隔离负电压DC/DC开关电源。 图1 传统的非隔离负电压开关电源电路结构1 图2 传统的非隔离负电压开关电源电路结构2
图3 两种开关电源滤波电容的充电电流波形 1 工作原理分析 本文设计的非隔离负电压DC/DC开关电源如图4所示，负电源工作在连续电流模式。当电源控制器LT1935内部的功率三极 管导通时，直流电源给输出电感L1和输出电容C1充电。当电源控制器LT1935内部的功率三极管关断时，输出电感L1中的电流改由通过肖特基二极管VD1提供的低阻抗回路继续给输出电容C1充电直至下一个周期电源控制器LT1935内部的功率三极管再 次导通。可见电容C1在输出电感L1储存能量和释放能量的过程中均获得充电，从而减小了输出纹波电压。同时，在CCM条件下，输出电流在LT1935内部功率三极管的导通和关断期间均通过输出电感L1,这很大程度上抑制了输出电流的波动，降低了输出纹波 电流的影响，进而大大增加系统的带负载能力和效率。 反馈控制回路采用了峰值电流控制。相比传统的电压控制，峰值电流控制一方面能很好的改善电源的动态响应，另一方面还能 实现快速的过电流保护，很大程度上提高了系统的可靠性。由于采用了电源控制器LT1935，其内部集成了峰值电路控制电路和斜 坡补偿电路，非隔离负电压DC/DC开关电源反馈回路设计即转换为补偿网络设计，进而大大简化了反馈回路的设计。 为防止过高的直流电源对电源控制器的危害，这里使用稳压管VD2和VD3实现过电压保护。