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Buck型变换器的输入电压全补偿前馈控制摘要：为消除由输入电源扰动引起的输出电压工频纹波，改善DC/DC变换器动态性能，根据平均变量建模思想，为电压型PWM控制的Buck型变换器，建立连续导电工作模式(CCM)下统一的平均变量等效电路，分析等效电路并根据不变性原理提出输入电压全补偿前馈控制原理及实现方法。
采用该方法的Buck型变换器可完全补偿输入电压扰动，其输出电压对输入电压扰动具备动态不变性。
仿真研究结果验证了本文前馈控制原理及实现方法的正确性。
叙词：平均变量不变性原理前馈控制全补偿动态不变性Abstract：To improve the dynamic performance of DC/DC converter against input voltage disturbance, and eliminate the low frequency ripple of output voltage, a uniform average equivalent circuit is established for buck series converters under voltage mode PWM control and in continuous conduction mode. According to the invariance principle and the equivalent circuit analysis, fully compensated input voltage feedforward control method and its implementation is presented. The buck series converter using this control method can fully compensate for the input voltage disturbance deviation, and achieve the dynamic invariance of output voltage against the input disturbance. Simulation results verify the correctness of the fully compensated input voltage feedforward control method and its implementation.Keyword：Average variable, Invariance principle, Feedforward control, Full compensation, Dynamic invariance1 前言DC/DC变换器是构建开关电源等许多其他类型电能变换器的核心组成部分。
Buck 变换器的环路设计1．功率级传递函数R1L1Q1buck 变换器功率级电路示意图其传递函数为1)(1121+⋅⋅++⋅⋅+⋅⋅=s C R ESR s C L s C ESR V V out out out i o 分子为一阶微分环节，有一个零点，其转折频率为outzero C ESR f ⋅=π21分母为二阶积分环节，其阻尼系数12L C R out=ζ，其中ESR R R +=1当1>ζ时，系统为过阻尼状态，有两个不同的极点。
当1=ζ时，系统为临界阻尼状态，有两个相同的极点。
当1<ζ时，系统为欠阻尼状态，有两个共轭的复数极点。
在DCDC 变换器中，为了获得较高的效率，会尽可能的减小R 的值，所以通常系统都是处在欠阻尼状态。
10210310410520102103104105典型的buck 变换器功率级幅频和相频特性曲线。
参数：Cout=100uF ，L1=2.2uH ，ESR=1m Ω,R1=10m Ω在功率级的传函中，有一个由ESR 和Cout 构成的零点。
当ESR 比较小时，幅频曲线在转折频率后会以-40db/dec 衰减，相频曲线也会由0deg 急剧的下降为－180deg 。
在控制回路的环路补偿中就必须增加额外的相位超前补偿，否则不能满足要求的相位裕度。
当ESR 较大时，由ESR 和Cout 组成的零点会抵消到一个极点，控制回路中不需要额外的相位超前补偿，就能满足要求的相位裕度。
下图为ESR=100m Ω（其余参数相同）的幅频和相频特性曲线。
可以看出，其相位最低降到-100deg ，尚有80deg 的相位裕度。
1021031041050101021031041052． PWM 控制级传递函数在电压反馈系统中，PWM 控制器采用固定的三角波与反馈回来的电压比较，控制占空比。
三角波的周期为T ，上升段的时间为T 1，幅值为△V ，则，TT V V D K compPWM 11⋅∆==3． 环路补偿为获得比较高的稳态精度，系统总是要设计成为I 型系统，因为I 型系统的稳态误差为零。
一种buck-boost开关电源环路补偿电路设计
设计一种buck-boost开关电源环路补偿电路的步骤如下：
1. 确定需要补偿的电源环路特性：首先，需要确定要补偿的电源环路具有哪些频率成分的干扰或噪音。
例如，可以通过频谱分析确定这些频率成分的频率范围和幅度。
2. 设计补偿网络：根据第一步的分析结果，设计一个合适的补偿网络来抵消电源环路的干扰或噪音。
补偿网络通常包括电容、电感和阻抗器等元件，可以选择串联或并联配置以实现所需的补偿效果。
3. 选择补偿元件参数：根据补偿网络的设计，选择合适的元件参数，如电容值、电感值和阻抗器阻值等。
可以通过仿真或实验来优化参数选择，并确保所选元件能够在所需频率范围内提供所需的补偿效果。
4. 布局和连接补偿电路：根据设计，将补偿网络的元件布局在电源环路中，并通过适当的连接方式将其与开关电源环路连接。
确保补偿网络能够有效地接收和处理来自电源环路的干扰或噪音，并将补偿信号输出到开关电源环路中。
5. 验证和调整：在连接完补偿电路后，进行验证和调整以确保补偿效果符合预期。
可以使用示波器、频谱仪等仪器来观察和测量电源环路的干扰或噪音幅度，并通过调整补偿网络的参数来优化补偿效果。
需要注意的是，设计补偿电路时需要考虑电路的稳定性和安全性，确保补偿网络不会引入额外的噪音或干扰，并且不会对开关电源环路的性能产生负面影响。
同时，还需遵守相关的电气标准和规范，以确保设计符合相关要求。
Compensator Design - Voltage-Mode Buck - CCMEnter parameters in shaded cells PCM1 Frequency Compensation ParametersVersion 0.2Vin (V)30Error AmplifierRevision date: 25 june 2018Vout (V)12Reference Voltage Vref (V) 1.25ModulatorLoad Current Iout (A)4Bottom Feedback Divider Rfbb (Ω) 2,256 D = 0.4000Switching Frequency Fsw (kHz) 100Top Feedback Divider Rfbt (Ω) 19,400Rout = 3.00Swtooth wave peak Vosc (V)1.25Target Loop Bandwidth Fc (kHz) 20.00Gdb=-25.2455Output Inductor L (μH)90.0Gp(°)=-156.6050Output Capacitor Cout (μF)336G = 18.292Output Capacitor ESR (mΩ)10.0穿越频率 (kHz)20.0046.00相位余量( ° )601.11781.3546Frequency Compensation Method Type ⅢR1(Ω)R2(Ω)R3(Ω)C1(F)C2(F)C3(F)19,400.023,509.7483.21.508E-106.056E-097.161E-09Crossover Frequency (kHz)20.42Phase Margin ( ° )59.70° Frequency (kHz) 10000.0Gain Margin (dB)100.2极点频率(kHz)fp=零点频率(kHz) fz=原极点频率(kHz) fp0=306090120150180-20020********1001,00010,000100,0001,000,000P h a s e (d e g )G a i n (d B )Frequency (Hz)Error Amplifier Gain/PhaseVout to Vcomp-90-60-300306090120150-60-40-20020406080100101001,00010,000100,0001,000,000P h a s e (d e g )G a i n (d B )Frequency (Hz)Control Loop Gain/Phase-180-150-120-90-60-300-60-40-2002040101001,00010,000100,0001,000,000P h a s e (d e g )G a i n (d B )Frequency (Hz)Modulator Gain/PhaseVcomp to VoutError Error Pmod1 Modulator Modulator Amplifier Amplifier Loop Loop Frequency Find Modulator Loop(10Hz) frequency frequency Gain Phase Gain Phase Gain Phase Increment Crossover Find 0°Phase Gain (Hz)(rad/sec)(dB)(deg)(dB)(deg)(dB)(deg)From Fsw Frequency Frequency(deg)(dB) 1.00E+00 6.28E+0027.60.062.690.190.290.160.01000000010000000#DIV/0!261.348473 1.02E+00 6.43E+0027.60.062.490.190.090.159.91000000010000000#DIV/0!260.948463 1.05E+00 6.58E+0027.60.062.290.189.890.159.81000000010000000#DIV/0!260.548452 1.07E+00 6.73E+0027.60.062.090.189.690.159.71000000010000000#DIV/0!260.148441 1.10E+00 6.89E+0027.60.061.890.189.490.159.61000000010000000#DIV/0!259.74843 1.12E+007.05E+0027.60.061.690.189.290.159.51000000010000000#DIV/0!259.348419 1.15E+007.21E+0027.60.061.490.189.090.159.41000000010000000#DIV/0!258.948407 1.17E+007.38E+0027.60.061.290.188.890.159.31000000010000000#DIV/0!258.548395 1.20E+007.55E+0027.60.061.090.188.690.159.21000000010000000#DIV/0!258.148383电压模式Buck 补偿. 25 june 2018.TI 设计工具的基础上做了一些修改.Buck 电压模式，后续将持续加入其它模型.K Factor 法更加灵活。
buck电路环路参数设计-回复"Buck电路环路参数设计"引言：Buck电路是一种常用的降压型直流-直流（DC-DC）电源转换器。
它具有高效率、较小的体积和重量等优点，因此在许多电子设备中得到广泛应用。
在设计Buck电路时，环路参数的合理选择对电路性能至关重要。
本文将一步一步解释Buck电路环路参数的设计过程，帮助读者更好地理解和应用Buck电路。
第一步：确定设计目标在设计Buck电路之前，我们首先需要确定设计目标。
这包括输出电压、输出电流和效率等方面的要求。
这些目标将直接影响到环路参数的选取和优化。
第二步：选择开关频率Buck电路的开关频率直接影响电路的性能和元件的选用。
一般而言，较高的开关频率可以减小电感器和电容器的尺寸，但可能会增加开关损耗。
因此，在确定设计目标后，我们需要根据具体的应用要求选择合适的开关频率。
第三步：选择输出电感器输出电感器在Buck电路中起到滤波和储能的作用。
选择适当的输出电感器对电路的稳定性和效率至关重要。
一般而言，输出电感器的值应能满足以下要求：1. 具有足够的电感值，以保证输出电流的稳定性和纹波较小；2. 电感器的涡流损耗应尽可能小，以提高电路的效率；3. 电感器的尺寸应满足实际应用的要求。
第四步：选择输出电容器输出电容器在Buck电路中主要用于滤波和储能。
合理选择输出电容器可以减小输出纹波和提高电路的稳定性。
对于输出电容器的选择，我们应考虑以下因素：1. 输出电容器的额定电压应能满足设计要求，以免出现过电压破坏；2. 输出电容器的容值应满足输出纹波的要求，一般可以根据输出纹波系数来计算；3. 输出电容器的ESR（Equivalent Series Resistance）应尽可能小，以减小输出纹波和提高电路效率；4. 输出电容器的尺寸应满足实际应用的要求。
第五步：设计反馈回路反馈回路在Buck电路中起到稳定输出电压的作用。
合理设计反馈回路可以使输出电压精确稳定，并抵消外界干扰。
一个稳定的buck／boostDC—DC转换器的环路设计【摘要】本文设计了一款脉冲宽度调制的稳定的DC-DC转换器环路。
该转换器可以根据输入电压的变化设置四个MOS开关管的开关状态而工作在升压或降压模式而提高效率。
另外，芯片的稳定性也是设计的难点之一。
本文基于运算跨导放大器补偿网络实现反馈回路的频率补偿，使整个环路有合适的相位裕度，并分析bode图，最后用cadence软件针对具体的电路进行仿真，并给出仿真结果。
【关键词】DC-DC;环路稳定;buck;boost1.引言在DC-DC转换器的设计中，电路的稳定性是系统设计中的一个难点，它必须在整个输入电压范围内或者输入发生变化时保持输出稳定。
本文针对buck/boost型DC-DC转换器设计了一个频率补偿方案，可以为相应的电路设计提供参考。
除了可以在电路的设计上采用一些较为传统的方式提高稳定性外，比如提高误差放大器的增益和基准电压、基准电流的精度，还可以增加环路补偿电路，来保证电压反馈环路的稳定。
本文主要通过对环路的两个部分分析，通过稳定条件，给出bode图，最后在给定参考值下用cadence软件仿真。
在电源电压由2.7V至5.5V变化时，输出电压的纹波满足设计要求，电路的稳定性非常好。
2.环路设计一个完整的buck/boost型DC-DC转换器应该包括基准电压产生电路、斜坡信号产生电路、误差放大器、逻辑和驱动电路等重要模块。
除此之外，还会包括过温保护、欠压锁定和软起动等保护电路。
文章则是通过对上述结构的转换器简化，将非线性结构线性化，分析其稳定性，并进行频率补偿。
控制环路结构简化图如图1所示，先分析buck模式下的稳定性，即当S3闭合S4断开，而和在每个周期中交替导通时。
图1 简化结构图下面分两个部分对上述结构讨论。
2.1 控制到输出这部分采用脉冲宽度调制（PWM），保持频率（150KHZ）不变，调节占空比（D）从而调节开关管的导通时间，控制输出电压。
万方数据万方数据４６李新等：提高Ｂｕｃｋ型ＤＣ－ＤＣ变换器带载能力的补偿设计２０１１年ｋ＝Ｒ西×（ＪＬ／Ｒ一）ＸＲ；＝ｐＲ止×ＩＬ×≠Ｌ（７）上、盯删ｐＶ南加一（Ｊ。
／Ｒ。
）×Ｒ，一ｆ。
×毒生（８）■、ＷＶ—ｊ一×Ｒ，＋，勘抛×Ｒ，（９）电流反馈内环电路结构如图４所示。
从（７）、（８）式得出，通过调节比例电阻Ｒ、Ｒ。
、Ｒ～的阻值，可调节采样电压和斜坡电压的峰一峰值。
（９）式得出的Ｖ接入电流比较器的同相输入端。
ｋ图４电流反馈内环电路结构Ｆｉｇ．４Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｆｅｅｄｂａｃｋｌｏｏｐｃｉｒｃｕｉｔ４输入电压和温度对带负载能力和峰值电流的影响４．１输入电压对带负载能力和峰值电流的影响振荡器产生的斜坡电压为固定值，不受输入电压和输出负载电流影响；采样电流是电感电流，输入电压变化导致采样电压的占空比变化，因此，采样电流与斜坡电流叠加后的电流峰值会发生变化［５］。
为了提高电路带负载能力，在ＰＷＭ比较器同相输入端叠加一个线性变化的电流信号，对输入高电压时的电流峰值进行补偿，使在不同输入电压情况下，误差放大器的输出维持在一定范围内ｒ６］。
ＰＷＭ比较器同相输人端电压Ｕ为：ｕ＝ｆ—Ｒ，＋ｆ幽加×Ｒ，＋Ｉ。
辱：．（１０）在输入电压为７Ｖ和３０Ｖ时，误差放大器的输出Ｖ厦７与玑比较的仿真结果如图５所示。
由图可知，输入电压为３０Ｖ时，Ｕ值较小，比较Ｖ隙７的最大值有很大的余量，带负载能力远远超出设定值，易导致功率器件损坏。
补偿后，仿真所得波形如图６所示，可以看出，补偿后不同输入电压时电路带负载能力差异减小。
图５电流比较器两端的工作波形Ｆｉｇ．５Ｗａｖｅｆｏｒｍｏｆｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐａｒａｔｏｒｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎ图６补偿后电流比较器两端的波形Ｆｉｇ．６Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐａｒａｔｏｒａｆｔｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ４．２温度变化对带负载能力和峰值电流的影响温度会直接影响电路中反馈环的工作，限制电路正常工作的温度范围。
基于BUCK电路电压模式的反馈环路设计引言：BUCK电路，又称降压电路，是一种常用的DC-DC转换器，可以实现将高电压降低到较低电压的功能。
在电压模式的反馈环路设计中，我们通过对输入电压和输出电压的反馈进行比较和调节，来实现稳定的输出电压。
本文将详细介绍基于BUCK电路的电压模式反馈环路设计的原理和实现。
一、BUCK电路及其工作原理BUCK电路由输入电压Vi、开关管、二极管和输出电压Vo组成。
开关管和二极管周期性地开关应用于电感上的电流，从而实现输入电压的变换和输出电压的降低。
BUCK电路的工作原理如下：1.当开关管开启时，输入电压经过电感传递到输出端，此时电感上产生磁场，存储着能量。
2.当开关管关闭时，存储在电感中的能量被释放，流过负载。
3.通过控制开关管的导通和关闭时间，可以实现对输出电压的调节。
二、电压模式反馈环路的设计原理电压模式反馈环路的设计旨在实现输出电压的稳定性。
其基本原理如下：1.采集输出电压信号：通过反馈电路，将输出端的电压信号转化为对应的电压。
这个电压与跟踪目标电压误差成正比。
2.误差放大器：将误差信号与一个参考电压进行比较，产生一个调节信号。
这个信号控制着开关管的开关时间。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据调节信号，通过调整开关管的导通时间和关闭时间，来控制输出电压的变化。
4.稳定输出电压：根据调节信号的调整，可以保持输出电压的稳定性，实现与输入电压的变化无关的电压输出。
三、BUCK电路电压模式反馈环路设计步骤1.设计输出电压参考电压产生模块：根据需要设计一个能产生参考电压的电路模块。
这个参考电压将用于与输出电压进行比较，产生误差信号。
2.设计误差放大器：误差放大器将输出电压与参考电压进行比较，并放大误差信号。
设计误差放大器的参数时，需要根据系统的要求和输入输出电压的范围来选择合适的参数。
3.设计脉宽调制器：脉宽调制器根据误差放大器的输出，通过调整开关管的开关时间，来实现输出电压的稳定。
