控制环路设计原则

1、反激型电源中的控制环路的设计经常主电路是根据应用要求设计的，设计时一般不会提前考虑控制环路的设 计。假设主功率部分已经全部设计完成， 然后来探讨环路设计。环路设计一般由 下面几过程组成：1） 根据实际要求和各限制条件确定带宽频率，既增益曲线的OdB频率。2）画出已知部分的频响曲线。3）根据步骤1）确定的带宽频率决定补偿放大器的类型和各频率点。使带宽处 的曲线斜率为一1,画出整个电路的频响曲线。首先我们应该明白系统稳定的要求：1 在截止频率Fco（开环增益为1）处，总开环相位延迟必须小于180度，一般留 有45度裕量。2 为防止-2的增益斜率的电路相位快速变化， 系统的开环增益曲线在Feo附近的

2、斜率应为-1系统的各部分框图如下:V Za（OL） -Plant A上图包括了一下几个模块，其中：Gea V?，为误差放大器传递函数；Aoc 孚，光耦电路的增益；Gvc 唇，控制电压到输出电压的传递函数BODE已知部分的频响曲线是指除GE补偿放大器）外的所有部分的乘积, 图上是相加。首先确定剪切频率 Feo。环路带宽当然希望越咼越好，但受到几方面的 限制：a）为了保证系统稳定，根据采样定理，剪切频率Feo必须小于开关频率的1/2，但实际上，Feo必须远远小于开关频率的1/2，否则在输出中将会有很大的 纹波。b）如果电路工作在CCM模式下，则存在着右半平面零点（RHZ。这个零点 的影响，RHZ随

3、输入电压，负载，电感量大小而变化，几乎无法补偿，我们只有 把带宽设计的远离它，一般取其1/4-1/5 ； c）补偿放大器的带宽不是无穷大，当 把环路带宽设的很高时会受到补偿放大器无法提供增益的限制，及电容零点受温度影响等。所以一般实际带宽取开关频率的1/6-1/10。选定Feo后，在Feo处的T （总体传函）的增益为0，则GEa在Feo处的增益必须 为GeAoc在此处增益的倒数。然后确定除GE乂补偿放大器）外的所有部分，即系统的除GEa的传递函数。如 果我们采用的3845的电流型控制模式，部分电路图如下：图2则在CCMIF，系统的传函如下:T1Aoe GVC1CTR R 1 Ro(1D)*R1

4、Ri (1 D)n 1Dn2LRoD 2在实际应用中，会有一个由输出电容的ESR引起的零点，则此时，系统的传递函数如下：T1AOCGVC(1CTR R 1 R(1D)* _R,Ri (1 D)n2Dn2L、2 S)RoD 2(1+ RcCfs)Cf1RoSD其中的参数含义如下：CTR为TL431的电流传输比，R位置如上图所示，R为TL431内部电阻，等级为 K级，R为电流采样电阻，R0为负载电阻，RC为输出电容的ESR Cf为次级滤波 电容，Lp为初级电感，n为变压器次级匝数与初级匝数比，D Vo /(nVg V。)为电路稳定工作时的占空比，Vo为电路的输出电压，Vg为输入电压的有效值，D为

5、(1 D)。图3它的极点位置为1 DCf Ro 2，零点位置为2玄冷和花。后一个零点为右半频面零点，通常这个零点的频率都比较大，其由上文可知，我们的截止频 率一般选择这个零点的1/4-1/5，即我们的截止频率选择在我们的水平段。对于 电流型控制系统，在开关频率的半频处，有两个极点，但是它们离截止频率很远， 对我们的设计基本没有影响。此时，分两种情况，与接下来讨论的DCM模式下情况类似，下文一并讨论在DCM下，系统的传递函数为:T1AocGVCCTR R .KLPR0 1(1 RcCfs)厂.2T Ri 1 RoCfS其中参数的含义如下：除与CCM相同部分外，K为效率，T为开关的频率。画出已知部

6、分的频响曲线（EFG）如下图所示:图4一般来说，DCM勺截止频率选择开关频率的1/6-1/10，CCM勺截止频率选择 为右半平面零点的1/41/5处,均高于由输出电容的ESF引起的零点，此时，GcAoc 在处的斜率是水平的，由于总增益 T在Fco处的斜率应为一1,而所以Gea在R处 的斜率必须为一1。接下来我们针对上述两种情况来设计控制器。分两种情况考虑，如果输出电 容的ESR比较大，自身阻容形成的零点比较低，这样在截止频率处的相位滞后比 较小。所以可以直接用单极点补偿，其bode图如P5-P3-P2所示，这样可满足-1 的曲线形状。省掉图2补偿部分的R5, C1。选择C2的值，使 G在Fco

7、处的增益 P2点必须为GcAoc在此处增益的倒数。如果输出电容的ESR较小，自身阻容形成的零点比较高，这样在Feo处的相位滞后比较大。如果还用单极点补偿，则Feo处相位裕量一般偏小。用2型补偿来提升，如图4中的P4-P3-P2所示。三个点的选取，第一个极点在原点，第一 的零点P4一般取在带宽的1/5左右，此零点越低，相位提升越明显，但太低了 就降低了低频增益，使输出调整率降低。第二个极点P3的选取是否精确不是关键，一般应低于ESR零点，用它来抵消ESR零点，使截止频率处保持-1的形状。 水平部分（P3P4增益值可知（为R5/Ri）,这样，R5的值就可以确定，再根据 P3极点和R5的值就可以确定C2的值。（C2 1/2 FpR5, Fp是P3