反激电源设计及应用之六：控制环路设计

反激电源的控制环路设计反激电源（Flyback Power Supply）是一种常见的开关电源拓扑结构，具有简单、高效、成本低等特点。

为了实现对反激电源的控制，需要设计一个有效的控制环路。

本文将从反激电源基本原理出发，详细介绍反激电源控制环路的设计过程。

首先，我们需要了解反激电源的基本原理。

反激电源由输入电压Vin、开关管、变压器、输出电容和负载组成。

工作原理是：当开关管导通时，电流从输入电压Vin经过变压器的一侧流入负载和输出电容，此时储能；当开关管关断时，储存的能量通过变压器的另一侧传导到输出端，输出电压为Vo，这样实现了电能的转换。

在这个过程中，控制开关管的导通和关断时间，就可以实现对输出电压的调节。

为了实现对反激电源的控制，我们首先需要设计一个反馈回路。

反馈回路的功能是测量输出电压，产生一个误差信号，根据误差信号调整开关管的导通时间，使输出电压稳定在设定值。

一般使用光耦隔离器将输出电压转换为电流信号，然后经过一个反相器产生一个与设定值相反的误差信号。

误差信号经过一个比例放大器进行放大，控制开关管的导通时间。

反馈回路的另一个重要组成部分是输出电流保护。

输出电流保护的作用是在负载过大时，自动调整开关管的导通时间，保护开关管和变压器不受损坏。

输出电流保护通常是通过测量输出电流并与设定值进行比较来实现的。

当输出电流超过设定值时，反馈回路会产生一个错误信号，通过控制开关管的导通时间来限制输出电流。

另外一个关键的设计是切换频率控制。

切换频率是指开关管导通和关断的频率。

切换频率的选择要根据应用的需求和设计的约束来确定。

通常有两种选择：固定频率和变频。

固定频率可以简化控制电路的设计，但固定频率可能会导致开关管和变压器在工作时产生噪声。

变频可以减小噪声，但会增加电路的复杂性。

最后，还需要考虑反激电源的保护机制。

保护机制的设计目的是保护电源和负载不受损害。

常见的保护机制包括过压保护、过流保护、过温保护等。

这些保护机制可以通过传感器测量电压、电流和温度，并与设定值进行比较来实现。

反激开关电源环路设计实例
反激开关电源环路设计实例指的是在实际的电路设计过程中，使用反激开关电源技术的具体设计和实现过程。

具体来说，反激开关电源环路设计实例包括以下几个方面：
1.反激变压器设计：例如，需要考虑输入输出电压、功率容量、磁芯材料和
尺寸等因素，以及变压器的匝数比、绕组结构、漏感和分布电容等参数。

2.开关管和整流管的选择：需要根据电路的功率容量和电压等级，选择合适
的开关管和整流管，考虑其耐压、电流容量、开关速度等参数。

3.控制环路设计：例如，可以选择合适的控制芯片和控制算法，同时考虑控
制环路的稳定性、抗干扰能力和动态响应速度等。

4.滤波电路设计：根据实际情况选择合适的滤波元件和滤波电路结构，以满
足电源性能要求。

5.保护电路设计：例如，可以选择合适的保护元件和保护电路结构，以实现
过流、过压、欠压等保护功能。

在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的电路结构和参数，以满足电源的性能和可靠性要求。

总结：反激开关电源环路设计实例指的是在实际的电路设计过程中，使用反激开关电源技术的具体设计和实现过程。

这包括反激变压器设计、开关管和整流管的选择、控制环路设计、滤波电路设计和保护电路设计等方面。

这些实例可以帮助工程师更好地理解和应用反激开关电源技术，提高电源的性能和可靠性。

反激式开关电源(flyback)是一种常见的电源结构，广泛应用于电子设备中。

它具有结构简单、成本低廉、效率高等优点，在消费电子、工业控制和通信设备等领域被广泛应用。

本文旨在介绍反激式开关电源环路设计的基础知识，包括工作原理、设计步骤和注意事项。

一、反激式开关电源的工作原理1.1 反激式开关电源的基本结构反激式开关电源由输入滤波器、整流桥、高频变压器、功率开关器件、输出整流滤波器、控制电路等组成。

其中，高频变压器是反激式开关电源的关键部件，通过变压器实现输入电压的隔离和变换，功率开关器件则控制变压器的工作状态，实现电源的调节和稳定输出。

1.2 反激式开关电源的工作原理反激式开关电源通过功率开关器件周期性地将输入电压斩波，将输入电能存储在变压器的磁场中，然后再将其转换为输出电压。

在工作周期的后半段，存储的能量释放到输出负载上，从而实现对输出电压的调节。

通过控制功率开关器件的导通时间和断态时间，可以实现对输出电压的调节和稳定。

二、反激式开关电源环路设计的基础知识2.1 反激式开关电源的设计步骤（1）确定电源的输入输出参数：包括输入电压范围、输出电压、输出电流、负载调整范围等；（2）选择功率开关器件和高频变压器：根据电源的输入输出参数和工作频率选择合适的功率开关器件和高频变压器；（3）设计反激式开关电源的控制电路：根据所选的功率开关器件和高频变压器设计相应的控制电路，包括PWM控制电路、电源启动电路等；（4）设计输入输出滤波器和保护电路：设计输入输出滤波器，保证电源的输入输出稳定和干净，设计过压、过流、过温等保护电路，保证电源的安全稳定工作。

2.2 反激式开关电源环路设计的注意事项（1）磁性元件的设计：高频变压器和输出感应元件的设计是整个反激式开关电源设计的关键，应合理设计磁芯、线圈匝数等参数，保证磁性元件承载功率、效率和体积的平衡；（2）功率开关器件的选择和驱动：应选择合适的功率开关器件，并设计合理的驱动电路，保证功率开关器件的可靠工作和转换效率；（3）控制电路的设计：应根据功率开关器件的工作特性和工作频率设计合适的PWM控制电路和反馈控制电路，保证电源的稳定可调；（4）输入输出滤波器和保护电路的设计：应合理设计输入输出滤波器和保护电路，保证电源的输入输出稳定和安全可靠。

反激電源の控制環路設計一环路设计用到の一些基本知识。

电源中遇到の零极点。

注：上面の图为示意图，主要说明不同零极点の概念，不代表实际位置。

二电源控制环路常用の3种补偿方式。

（1）单极点补偿，适用于电流型控制和工作在DCM方式并且滤波电容のESR零点频率较低の电源。

其主要作用原理是把控制带宽拉低，在功率部分或加有其他补偿の部分の相位达到180度以前使其增益降到0dB. 也叫主极点补偿。

（2）双极点，单零点补偿，适用于功率部分只有一个极点の补偿。

如：所有电流型控制和非连续方式电压型控制。

（3）三极点，双零点补偿。

适用于输出带LC谐振の拓扑，如所有没有用电流型控制の电感电流连续方式拓扑。

三，环路稳定の标准。

只要在增益为1时（0dB）整个环路の相移小于360度，环路就是稳定の。

但如果相移接近360度，会产生两个问题：1）相移可能因为温度，负载及分布参数の变化而达到360度而产生震荡；2）接近360度，电源の阶跃响应（瞬时加减载）表现为强烈震荡，使输出达到稳定の时间加长，超调量增加。

如下图所示具体关系。

所以环路要留一定の相位裕量，如图Q=1时输出是表现最好の，所以相位裕量の最佳值为52度左右，工程上一般取45度以上。

如下图所示：这里要注意一点，就是补偿放大器工作在负反馈状态，本身就有180度相移，所以留给功率部分和补偿网络の只有180度。

幅值裕度不管用上面哪种补偿方式都是自动满足の，所以设计时一般不用特别考虑。

由于增益曲线为-20dB/decade时，此曲线引起の最大相移为90度，尚有90度裕量，所以一般最后合成の整个增益曲线应该为-20dB/decade 部分穿过0dB.在低于0dB带宽后，曲线最好为-40dB/decade，这样增益会迅速上升，低频部分增益很高，使电源输出の直流部分误差非常小，既电源有很好の负载和线路调整率。

四，如何设计控制环路？经常主电路是根据应用要求设计の，设计时一般不会提前考虑控制环路の设计。

反激式开关电源的环路分析与设计环路设计直接影响到电源的性能[1]，本文以最常用的反激电源为例，分析了环路稳定的条件以及环路设计的方法，并通过实验验证了该方法的可行性。

1 反激电源环路与常见环节的分析反激式电源的系统模型如图1 所示[2]。

其中KPWM 和KLC 为功率部分放大倍数，KLC 表示次级等效电感与滤波电容构成的滤波器的放大倍数，Kfb 是反馈分压部分的放大倍数，Vref 是参考电压，Kea 是误差放大器的放大倍数，Kmod 是调制器的放大倍数。

可以得到开环传递函数为：反馈系统稳定一般要求其开环传递函数的幅相频特性曲线小于等于-10 dB 的幅值裕度和45°~60°的相位裕度。

在低频段有较高的增益以保证输出电压的精度，在中频段有较高的频率范围以加快系统的响应速度，在高频段有较快的衰减速度，以抑制高频纹波[3]。

在反激电源中，当一个电源基本参数确定时，KPWM、KLC、Kfb、Vref、Kmod 也相应确定，系统的开环传函只能通过误差放大器Kea 来调节。

调节误差放大器Kea 实际就是调节系统零极点的个数及其分布位置，以满足系统需要的相位裕度和幅值裕度。

在实际设计时，先画出除了误差放大器之外部分的伯德图，根据需要确定合适的补偿器类型，计算补偿器参数，并进行实际电路调试，以确定最优的补偿参数。

本文以一款多路输出电源为例，分析了电源功率部分和环路的设计过程。

参考文献[1] PRESSMAN A.Switching and linear power supply，power converter design[M].Switchtronix Press，Waban，Mass，1997.[2] BASSO C.Switch mode power supplies：SPICE simulations and practical designs[M].McGraw- Hill，2008.[3] BASSO C.Transient response counts when choosing phase margin[J]. Power Electronics and Technology，2008(11)：18-21.[4] KOLLMAN R，BETTEN J.Closing the loop with a popular shunt regulator[J].Power Electronics。

电流模式控制反激变换器反馈环路的设计
一、引言
电流模式控制（CMC）是一种新型的控制技术，越来越多地应用于调节系统。

它一般用于控制半导体变换器，例如反激变换器，称为电流模式控制反激变换器（CMC-M）。

CMC-M具有一定的优势，如精确控制、稳定性好、宽调节范围和低纹波等。

但是，由于反激变换器的结构，CMC-M的反馈环路设计非常重要，而且很多因素需要考虑，如反馈环路延迟、负载变化、快速反应和频率响应等。

因此，在CMC-M中，反馈环路的设计工作是重中之重。

本文旨在探讨电流模式控制反激变换器反馈环路的设计。

二、反馈环路延迟
由于CMC-M的控制结构，反馈环路延迟是一个重要问题，影响变换器的稳定性以及调节器的性能。

一般来说，存在反馈延迟会导致控制系统失去稳定。

因此，在实际的应用中，需要减小反馈延迟，以保证CMC-M系统的稳定。

反馈延迟主要取决于反馈环路器件的选择，一般来说，使用低延迟的放大器能够减小反馈延迟，从而提高系统的稳定性。

另外，还可以使用回路增益降低反馈环路延迟，确保系统的稳定性。

三、负载变化
在CMC-M系统中，负载变化也是一个重要因素，它会影响变换器的性能。

TOPSWITCH 反激电源控制环路设计(PI 公司深圳代表处，广东 深圳 518031)摘要：控制环路设计一直是电源设计的一个难点，本文介绍了环路设计的一些基本概念和环路设计的基本方法，分析了广泛使用的TOPSWITCH 反激应用时的控制环路。

Abstract: Control loop design has always been the difficult part in power supply design. This article introduces the basic concept and methodologies of control loop design. In addition to that, it also gives an example of the control loop analysis in the popular used TopSwitch flyback application 。

关键词：零点，极点，右半平面零点，相位裕度，幅值裕度，TOPSWITCH Key words: zero, pole, righ-half-plane-zero (RHZ), phase margin, gain margin 1．内容简介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。

本文首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；对最常用的反馈调整器TL431的零，极点特性进行了分析；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，论文最后运用上面的理论分析了一个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。

反激开关电源设计之环路分析频域分析是开关变换器的设计难点，困扰着不少电源工程师，芯朋微技术团队从工程应用、理论建模和软件仿真三方面入手，结合最新的反馈控制技术，为大家揭开反激开关电源频域分析设计的神秘面纱！1SSR与PSR架构对比SSR直接采样输出电压，无静差控制；PSR采样供电绕组，估算输出电压，有静差控制。

SSR对变压器工艺要求不高；PSR对变压器工艺要求高，通常需要R3减小漏感振荡和R2加速断开VDD回路。

SSR环路补偿器外置；PSR环路补偿器集成于芯片。

SSR环路不稳通常由环路补偿器设置不当引起；PSR环路不稳通常由采样引起。

2闭环系统稳定条件闭环系统稳定的条件是开环传递函数T cPvK不为-1，在伯德图上定义了相位裕量和增益裕量来判断稳定性。

3稳定性判断方法建模法利用状态空间平均法或电路平均法推导出系统各个环节的传递函数，用相关软件绘出开环传递函数的Bode图。

仿真法利用仿真软件的AC Sweep功能，扫描出开环传递函数的Bode图。

测量法利用频率响应分析仪在电源反馈回路注入不同频率信号调制变换器，并获取电源输出端的响应信号，从而测量出开环传递函数的Bode图。

4控制对象建模 PWM调制PWM控制：固定开关频率，调整导通占空比控制输出电压。

功率管的开通时刻由内部时钟决定，当Ip电流等于参考电流Ipref(电压环产生)时关断功率管。

利用平均法可推导出控制对象传递函数：CCM控制对象PvDCM控制对象PvPFM调制PFM控制：固定Ipref，调整开关频率控制输出电压。

利用电路平均法可推导出控制对象传递函数：DCM控制对象5环路补偿器6SSR与PSR稳定性对比SSR由于环路补偿器外置，且采样环节工作在线性区，可通过FRA法，准确得到开环传递函数Bode图；PSR由于环路控制器集成，且反馈回路工作在强非线性区(脉冲采样变压器辅助绕组，估算输出电压)，FRA法不再适用。

SSR控制对象只有90度相移(忽略高频右半平面零点)，但叠加环路补偿器的纯积分的90度相移，存在不稳定可能(-180度)，需靠合理设计零点来提升相位裕量和增益裕量；PSR环路补偿器由于没有纯积分，开环传递函数达不到180度相移，不存在环路上的不稳定情况(假定芯片内置极点合理)。

反激某电源地控制环路设计在电源地控制环路的设计中，我们常常希望能够有效地实现对电源的反激，以便更好地保护电源以及与之相关的设备。

下面我将从整体架构、控制策略、保护机制等方面进行详细阐述。

首先，电源地控制环路设计的整体架构是关键。

我们通常采用反激式电源，其中包括输入滤波器、整流电路、能量存储元件、开关元件以及输出滤波器等主要模块。

在设计中，我们需要考虑这些模块之间的互动关系，合理地安排它们的位置和连接方式，以确保整个电源地控制环路能够正常运行并有效反激。

其次，控制策略是电源地控制环路设计中的核心部分。

我们需要选取合适的控制器，并设计恰当的控制算法，以实现对开关元件的控制，以及对输出电压和输入电流的精确调节。

常见的控制策略包括比例积分控制（PI控制）、平均电流模式控制（Average Current Mode Control）等。

我们可以根据具体需求进行选择，并结合实际情况进行调试和优化。

此外，保护机制也是电源地控制环路设计中的重要部分。

我们需要考虑电源过流、过压、过温等异常情况，并设计适当的保护电路来保护电源和相关设备的安全运行。

常见的保护机制包括过流保护、过压保护以及温度保护等。

这些保护机制通常需要在设计中考虑到，并在控制策略中实现对其的检测和触发。

在实际的电源地控制环路设计中，我们还需要考虑一些其他因素。

例如，设计人员应该充分了解相关的电源规范和标准，并确保设计符合相应的要求。

此外，选择合适的元件也是至关重要的。

例如，在开关元件的选取中，我们需要考虑其功率损耗、开关速度等因素，以及与之匹配的驱动电路的设计。

同时，合理地进行功率分配和散热设计也是需要注意的。

总结起来，反激电源地控制环路设计需要合理地设计整体架构，选取适当的控制策略，并设计相应的保护机制。

我们还需要考虑其他因素，如电源规范、元件选取、功率分配和散热设计等。

通过综合考虑这些因素，并进行详细的设计和调试，我们可以实现一个有效地反激电源地控制环路，并保护电源和相关设备的安全运行。

基于UC3842的反激式开关电源的控制环路设计反激式开关电源的控制环路设计(基于UC3842)2009-08-10 20:34基于UC3842的反激式开关电源的控制环路设计刘武祥，金星，刘群中国地质大学(武汉)，湖北武汉 4300742008-07-24摘要:电流控制型脉宽调制芯片UC3842已广泛应用于反激式开关电源的设计中，通过一实例给出反激式开关电源控制环路的一般设计方法。

关键词:UC3842 开关电源控制环路在开关电源的设计过程中，控制环路设计的优劣直接关系到系统的稳定与否，因此设计一个优良的控制环路，对开发一个开关电源系统是至关重要的。

开关电源的控制方式有电流控制方式和电压控制方式两种。

电源系统的传递函数随控制方式的不同而有很大差异,因此在环路设计分析时,应独立分开。

本文对基于UC3842构建的开关电源的控制环路进行设计分析，论述开关电源电流型控制环路设计的一般方法。

1 UC3842简述UC3842是美国Unltmde公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片，其内部结构及基本外围电路如图1 所示,它集成了振荡器、具有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电路、输入和基准欠电压锁定电路及PWM 锁存器电路。

其应用实例如图2所示，输入为85V,265V交流，输出为12V/5A，初级电感量为370?滋H，初级匝数为40T，次级匝数为5T，开关频率为100kHz。

启动电路由R105和C103构成,C103经过R105充电到16V时,UC3842有输出信号,使MOS管Q1导通,能量存贮在变压器T1中,T1的一次测电流通过电阻R5检测并与UC3842内部提供的1V基准电压进行比较,当达到这一电平时,开关管Q1关断,所有变压器的绕组极性反向,输出整流二极管正向偏置,存储于T1中的能量传输到输出电容器中。

启动结束后,输出电压信号经光耦回送到误差放大器的反向端(脚2)与UC3842内部的25V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度,从而改变输出电压以实现对输出电压的控制。