带前馈电容的第三类补偿反馈网络在开关电源中的作用

论文摘要

随着信息技术的迅速发展,小功率DC/DC变换器在计算机、通讯等应用场合得到了广泛的使用。为了满足这些场合对更快、更有效的数据处理的要求,其供电电源的要求也在不断提高,具体表现在：更高的输出电压精度、更高的输出电流、高功率密度、高效率、快动态响应及高可靠性。负反馈环是所有线性电源和开关电源的核心部分,它使电源的输出电压在输入电压和负载变化时保持恒定。内置补偿DC/DC转换器尽可能的减少了设计人员必须选取的外部元件数量,从而节省了设计及调试流程的耗时。此类简化也从根本上制约了设计人员对转换器的瞬态响应进行优化的能力。尽管如此,对于某些内置补偿转换器而言,在反馈网络中采用前馈电容仍然是推荐的优化方式。本文不仅提供一般性的指南以辅助选取电容值,改善瞬态响应。并且通过测量运作状态下的DC/DC转换器的瞬态或环路特性,可选定前馈电容值,从而极大的改善转换器带宽,同时仍保持足够的相位裕量。希望可以让设计人员能做更进一步的优化——获取更大的带宽或更大的相位裕量以满足其特定的性能需求。PWM的开关频率一般为恒定,控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统,实现稳压、稳流及恒定功率的目的,同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。在本文中,主要针对DC/DC转换器中的升压和降压转换器中电压环控制和电流环控制进行分析,其特点是内置补偿,并且都是输出可调型,前馈电阻并联与分压电阻之上。这样便于实践支持理论。本文内容包括各控制模式的发展过程及前馈电容在其中起到的主要作用、基本工作原理、详细电路原理示意图、波形、特点及应用要点,以利于选择应用及仿真建模研究。最后在实验室做充分的实验来验证计算及测试结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 背景知识及研究意义
• 第一章 DC/DC转换器稳定的背景知识介绍
• 1.1 负反馈放大器自激振荡产生的原因和条件
• 1.2 负反馈放大电路稳定性分析
• 1.3 负反馈放大电路稳定性判断
• 第二章 电压环模式直流降压转换器中带前馈电容的第三类补偿反馈网络的作用
• 2.1 引言
• 2.2 电压环降压转换器功率级结构
• 2.2.1 功率级部分传递函数
• 2.2.2 功率级部分传递函数的波特图
• 2.3 带或不带前馈电容的反馈网络
• 2.3.1 不带前馈电容的反馈网络
• 2.3.2 带前馈电容的第三类补偿反馈网络
• 2.4 脉宽调制（PWM）级分析
• 2.5 带前馈电容的第三类补偿电压环降压DC/DC的环路参数选择
• 2.6 降压DC/DC中频域响应与时域响应的关系
• 2.7 相位裕度和瞬态响应与直流增益的关系（设穿越频率Fc=50kHz）
• 2.8 环路增益的测试方法
• 2.9 结论
• 第三章 双环模式直流降压转换器中带前馈电容的作用分析
• 3.1 引言
• 3.2 电流模式优点详解
• 3.2.1 输入电压的调整
• 3.2.2 简化反馈环设计
• 3.2.3 负载电流调整能力
• 3.3 电流模式下直流降压DC/DC转换器的环路分析
• 3.3.1 分压网络与误差放大器反馈补偿网络的传递函数计算分析
• 3.3.2 电流环降压DC/DC转换器功率级传递函数计算分析
• 3.4 前馈电容值得最优化流程
• 3.4.1 确定穿越频率
• 3.4.2 计算前馈电容以优化环路响应
• 3.5 前馈电容对系统启动输出电压的积极作用
• 3.6 本章总结
• 第四章 测试设备及规范
• 4.1 测试设备
• 4.2 测试规范
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢