【正文】 結(jié)構(gòu)有Buck型、Boost型和BuckBoost型三種，各自的電路架構(gòu)如下圖所示，其他的結(jié)構(gòu)都是從這三種構(gòu)架中衍變出來(lái)的。主電路也稱(chēng)功率級(jí)，用于完成電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，對(duì)設(shè)備的電性能、效率、溫升、可靠性、體積和重量等指標(biāo)有著決定性的作用，通常包括輸入電源、功率開(kāi)關(guān)管、整流管以及儲(chǔ)能電感、濾波電容和負(fù)載。本論文主要研究的是Buck型DCDC變換器，因?yàn)樵擃?lèi)轉(zhuǎn)換器在便攜式電子產(chǎn)品中比較常見(jiàn)。 DCDC變換器可以將DCDC管理電源芯片分成三類(lèi)：開(kāi)關(guān)電源、線(xiàn)性集成穩(wěn)壓器、電荷泵，在此我們只討論開(kāi)關(guān)電源類(lèi)。 全橋開(kāi)關(guān)電源電路及波形與半橋開(kāi)關(guān)電源相比，由于加在全橋變壓器初級(jí)線(xiàn)圈上的電壓、電流比半橋開(kāi)關(guān)電源的各大一倍，因此在同樣的電源供電電壓Ui下，全橋開(kāi)關(guān)電源的輸出功率是半橋開(kāi)關(guān)電源的4倍。當(dāng)VTVT3的觸發(fā)控制信號(hào)有效時(shí)，VTVT4的觸發(fā)控制信號(hào)無(wú)效，VTVT3導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Ui經(jīng)VT2變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈N1和VT3形成電流回路，加至變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的電壓為電源電壓Ui，并經(jīng)次級(jí)側(cè)二極管V1整流、濾波后為負(fù)載供電。 半橋開(kāi)關(guān)電源電路及波形半橋開(kāi)關(guān)電源的最大優(yōu)點(diǎn)是自平衡能力強(qiáng)，不易使變壓器由于VTVT2的導(dǎo)通時(shí)問(wèn)不一致而產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，使功率開(kāi)關(guān)管VTVT2損壞。所以,初級(jí)側(cè)電源通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管VTV2交替給變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1勵(lì)磁并為負(fù)載供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通、VT2截止時(shí)，輸入電壓Ui經(jīng)VT1變壓器初級(jí)繞組N1和電容C2為變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1勵(lì)磁，同時(shí)經(jīng)次級(jí)側(cè)二極管V1,繞組N2給負(fù)載供電。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)晶體管VT斷開(kāi)時(shí)，變壓器次級(jí)繞組以輸出電壓U0為負(fù)載供電，并對(duì)變壓器進(jìn)行消磁。加在變壓器N1，繞組上的電壓振幅等于輸人電壓Ui，功率開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)間TON為開(kāi)關(guān)脈沖寬度，變壓器次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)脈沖電壓經(jīng)二極管V1整流變?yōu)橹绷?。由于采用變壓器耦合，因此變壓器的初、次?jí)可以相互隔離，從而使初級(jí)側(cè)電路地與次級(jí)側(cè)電路地分開(kāi)，做到次級(jí)側(cè)電路地不帶電，使用安全。，其中功率開(kāi)關(guān)管VT與輸入電壓、輸出負(fù)載并聯(lián)，輸出電壓為 式（23）如圖電路中有一個(gè)儲(chǔ)能電感，適當(dāng)利用這個(gè)儲(chǔ)能電感，可將輸出升壓型并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)閺V泛使用的變壓器耦合并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。輸入交流電壓或負(fù)載電流的變化，會(huì)引起輸出直流電壓的變化，通過(guò)輸出取樣電路后將得到的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，其誤差電壓通過(guò)誤差放大器放大后控制脈沖調(diào)寬電路的脈沖占空比D，達(dá)到穩(wěn)定直流輸出電壓U0的目的。正常工作時(shí)，功率開(kāi)關(guān)晶體管VT在開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)的作用下周期性地在導(dǎo)通、截止之問(wèn)交替轉(zhuǎn)換，使輸入與輸出之間周期性地閉合與斷開(kāi)。 開(kāi)關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)[4] 。目前應(yīng)用較廣的是調(diào)寬型(PWM)，它包括正激式、反激式、半橋式和全橋式。自激式包括單管式變換器和推挽式變換器兩種。有些線(xiàn)路通過(guò)電子器件完成電壓頻率，或者頻率電壓的轉(zhuǎn)換工作之后，用變壓器與控制信號(hào)隔離。根據(jù)DCDC轉(zhuǎn)換器從輸入到輸出之間是否有變壓器隔離，可以分成有隔離、無(wú)隔離兩類(lèi)。按控制方式來(lái)分又可分為占空比調(diào)制方式(主要有脈寬調(diào)制PWM式、脈頻調(diào)制PFM式和PWM／PFM混合調(diào)制式)、諧振式和它們的結(jié)合式。凡用控制方法使功率開(kāi)關(guān)管在其兩端電壓為零時(shí)導(dǎo)通電流，或使流過(guò)功率開(kāi)關(guān)管電流為零時(shí)關(guān)斷，此開(kāi)關(guān)稱(chēng)為“軟開(kāi)關(guān)”。第二個(gè)模塊是控制回路，控制回路比較復(fù)雜，早期由分立器件組成，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，現(xiàn)在集成電路芯片逐步代替了分立器件，集成電路是電源產(chǎn)品體積小、可靠性高，給應(yīng)用帶來(lái)了極大方便。除此之外，開(kāi)關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路[3]。 開(kāi)關(guān)電源的工作原理為方便分析開(kāi)關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下： 式（21）開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓U0與輸入電壓Ui，之間有如下關(guān)系： 式（22）由式(21)和式22)可以看出，若開(kāi)關(guān)周期了T一定，改變開(kāi)關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間TON。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開(kāi)關(guān)S加至輸出端，S為受控開(kāi)關(guān)，是一個(gè)受開(kāi)關(guān)脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管，若使開(kāi)關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部功率管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其等效電阻很小，當(dāng)流過(guò)大的電流時(shí)，消耗在功率管上的能量很小，所以電源效率可以達(dá)到70％～90％，比普通線(xiàn)性穩(wěn)壓電源提高近一倍。2. 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)及其類(lèi)型 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)理論開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，它使用電感，變壓器，電容等貯能元件從輸入端向輸出端傳送能量。本文從最基本的開(kāi)關(guān)電源工作原理及其控制方式入手，從Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)穩(wěn)定性、負(fù)載調(diào)整率及響應(yīng)速度要求的角度出發(fā)來(lái)分析，研究管理電路中誤差放大模塊對(duì)電源系統(tǒng)的影響。開(kāi)關(guān)電源控制模式分為兩種：電壓控制模式和電流控制模式。 本文研究的目的與意義誤差放大電路作為電源管理電路中的關(guān)鍵模塊，其性能優(yōu)劣與整個(gè)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性能密切相關(guān)。不同的電子設(shè)備對(duì)電源參數(shù)諸如效率、電壓、電流能力、噪聲、紋波等的要求以及對(duì)電源體積、可靠性等的要求各不相同，這就對(duì)開(kāi)關(guān)電源的管理電路提出了很高的要求。 Buck DCDC Converter。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器；誤差放大器。本文誤差放大器的分析基于Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器，從系統(tǒng)穩(wěn)定性、負(fù)載調(diào)整率及響應(yīng)速度要求的角度出發(fā)，首先對(duì)該款Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)電壓控制環(huán)路進(jìn)行小信號(hào)分析,并對(duì)控制環(huán)路進(jìn)行了零極點(diǎn)分布分析，確定環(huán)路補(bǔ)償策略。 摘 要開(kāi)關(guān)電源因其具有穩(wěn)壓輸入范圍寬、效率高、功耗低、體積小、重量輕等顯著特點(diǎn)而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，從家用電器設(shè)備到通信設(shè)施、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、交通設(shè)施、儀器儀表以及工業(yè)設(shè)備等都有較多應(yīng)用，尤其是作為便攜式產(chǎn)品的電池提供高性能電源輸出，比其他結(jié)構(gòu)具有不可超越的優(yōu)勢(shì)。開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性直接影響著電子產(chǎn)品的工作性能,誤差放大器是直流開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中電壓控制環(huán)路的核心部分，其性能優(yōu)劣直接影響著整個(gè)直流開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因而對(duì)高性能誤差放大器的分析是本論文的主要研究目標(biāo)。最后基于系統(tǒng)級(jí)來(lái)分析誤差放大器。 AbstractDue to their merits of wide input range, high efficiency, small in size and light in weight ect, switching power supplies are gaining more and more application areas in today’s modern world, ranging from domestic equipments to sophisticated munication and data handling systems, especially in portable devices, they have unsurpassable advantages.The rapid development of products in corresponding application areas requires the power supplies to have better performances. The robustness of switch—mode power supplies directly affect the performance of electronic devices. As one of the most important parts of switched mode DC to DC converters, error amplifier has significant influences on the voltage control loop’s stability. Thus this paper focuses on the design of high performance error amplifier for DCDC converters based on system requirements analysis. A buck DCDC converter was concerned, an error amplifier for the buck converter was designed from the points of view of system stability, load regulation and response speed requirements. At the first place, the Buck DCDC converter’s voltage control loop stability and polezero analysis was done based on a small signal model of the voltage control loop, the pensation scheme was proposed. At last, according to the system level to analysis the error amplifier.Key words：Switching power。 Error Amplifier. 目 錄摘 要 IAbstract II1. 諸 論 1 引言 1 本文研究的目的與意義 1 本論文主要研究?jī)?nèi)容 12. 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)及其類(lèi)型 2 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)理論 2 2 2 3 開(kāi)關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)[6] 4 DCDC變換器 7 8 103. Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器及其控制方式分析 12 Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器 12 Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器及其控制方式 13 13 14 18 環(huán)路控制中誤差放大器的重要作用 184. 開(kāi)關(guān)電源管理電路系統(tǒng)分析 19 Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器 19 開(kāi)關(guān)電源控制環(huán)路的分析研究 20 20 215. 誤差放大頻率特性及其補(bǔ)償策略 27 控制電路的頻率響應(yīng)分析 27 27 28 開(kāi)關(guān)電源中負(fù)反饋及自激振蕩分析 30 30 30 補(bǔ)償誤差放大器及頻率校正策略 32 32Ⅱ類(lèi)補(bǔ)償誤差放大器 32Ⅲ型補(bǔ)償誤差放大器 346. 閉環(huán)設(shè)計(jì)中誤差放大器的分析與研究 36 閉環(huán)控制系統(tǒng)中的誤差放大分析 36 環(huán)路增益 38 38 39－反饋系數(shù) 40 40 誤差放大器的特性分析 40 極點(diǎn)和零點(diǎn) 4極點(diǎn)和頻率增益斜率變化 43 誤差放大器零點(diǎn)、極點(diǎn)的分析與計(jì)算 43Ⅱ型誤差放大器零點(diǎn)和極點(diǎn)分析 43Ⅲ型誤差放大器及其傳遞函數(shù) 45Ⅲ型誤差放大器的相位滯后分析 45Ⅲ型誤差放大器零點(diǎn)和極點(diǎn)計(jì)算 46 反饋環(huán)路條件穩(wěn)定探討 47結(jié) 論 49致 謝 50參考文獻(xiàn) 511. 諸 論 引言隨著電力電子及電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源在計(jì)算機(jī)、通信、工業(yè)自動(dòng)化、電子和電工儀器等領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。本論文主要針對(duì)目前常用于便攜式設(shè)備、分布式電源系統(tǒng)的Buck型DCDC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓的精度、電源抑制比等都直接取決于誤差放大器的相關(guān)參數(shù)，因而，在對(duì)其系統(tǒng)工作原理分析的基礎(chǔ)上，主要從系統(tǒng)控制環(huán)路穩(wěn)定性、負(fù)載調(diào)整率及響應(yīng)速度方面來(lái)分析研究誤差放大電路。誤差放大器主要用于對(duì)輸出端的反饋電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行放大，并產(chǎn)生與電流比較器正向輸入端信號(hào)進(jìn)行比較的誤差放大信號(hào)，誤差放大器的核心結(jié)構(gòu)一般采用跨導(dǎo)運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)，它的差模直流小信號(hào)增益、跨導(dǎo)、補(bǔ)償方式等都將作為誤差放大器研究的重要方面。這兩種模式，雖然采樣的方式各不相同，但是都需要誤差放大器將輸出采樣電壓與預(yù)設(shè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行差分運(yùn)算并放大生成誤差放大信號(hào)反饋給系統(tǒng)控制電路，所以誤差放大器對(duì)開(kāi)關(guān)變換電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性、負(fù)載調(diào)整率以及響應(yīng)速度有著決定性作用，它的性能好壞直接影響到開(kāi)關(guān)變換器系統(tǒng)的性能，因而對(duì)開(kāi)關(guān)電源管理電路中誤差放大器的分析與研究具有重要的意義。 本論文主要研究?jī)?nèi)容本論文主要工作是開(kāi)關(guān)電源控制電路誤差放大的分析與研究，首先對(duì)開(kāi)關(guān)電源的基本原理進(jìn)行了介紹，接著在峰值電流模式下對(duì)控制模塊Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了小信號(hào)分析，最后，在前幾章分析的基礎(chǔ)上，對(duì)閉環(huán)控制電路進(jìn)行了誤差放大分析，還著重研究了誤差放大器在閉環(huán)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)晶體管的控制電路調(diào)節(jié)著能量傳輸過(guò)程，使輸出信號(hào)保持恒定。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓U0[1] 。即可改變脈沖占空比D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。其中DCDC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開(kāi)關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開(kāi)關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來(lái)自信號(hào)源的開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)、PFM信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的幅值、頻率、波形等，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制開(kāi)關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。 開(kāi)關(guān)電源的基本組成開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)一般包括兩大模塊，第一個(gè)模塊是功率主回路部分，完成能量的變換和傳輸，主回路使用的元件只有電子開(kāi)關(guān)、電感和電容，但這三種元件的不同組合和連接形成不同類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源變換器。開(kāi)關(guān)電源種類(lèi)繁多，根據(jù)開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷是否與自身電流以及兩端所加電壓有關(guān)分為“硬開(kāi)關(guān)”