基于BUCK 电路电压模式的反馈环路设计实例.pdf-资料库

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀非著名电源工程师黄帆 2009 年度震撼发布基于 BUCK 电路电压模式的反馈环路设计实例（缩略板） —— 一个 28V 输入 12V/4A 输出的电源在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀吹吹牛逼拜拜火 ■ 这篇文章讲什么？主要讲环路稳定设计，或者说怎么算误差放大器的参数，略带 buck 电路的其他方面。 ■ 为什么要讲环路设计？当我还是一个电源初学者的时候，环路设计部分让我很头痛，因为能找到的所用中文资料里，几乎没有教如何设计的。再具体地说是如何计算反馈误差放大器的参数。忘记在哪听到“工程师和技术员最本质的区别就是计算能力，工程师有，技术员没有！”妈的，刚毕业的时候，《自动控制理论》学了，《电力电子》学了，一个“简单”开关电源的环路都不会设计，怎么说，怎么觉得有点郁闷。于是开始买书，狂买，现在市面上买的，所有老外出的，有关开关电源的，都买了。有的书也确实提到了环路稳定性设计，单大都一带而过，看了半天，心里总还是存在很多疑问！便开始动手仿真身边的电源，仿真的结果是不稳定的，但事实上电源是稳定的，问题出在了哪里？不知道！唉~，烦…… ■ 既然老外都没讲明白，那电源网上 cmg 老师怎么老是什么极点，零点，是不是扯淡？刚开始我也这么想，后来知道可以用网络分析仪来测。插一句，我们公司目前有一台安捷伦 18 万的网络分析仪，只有一个射频工程师会用，想去找副总去开借条，摆弄一下，他说“你们用这个干什么？用坏了怎么办？”shit！没有网络分析仪，只能搞仿真了，因为仿真软件里有，再也不用去找他开借条了。 ■ 那你就自己靠仿真研究明白了？我又不是神童，那么多研究的人都没搞明白我怎么能搞懂！ ■ 那你到底搞没搞懂啊？搞技术的难免看英文资料，而英文资料里最好的就是他们会写上“参考文献”，我可以顺藤摸瓜，找到很多有价值的资料。就在今年年初，我发现了宝书《Switch Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs》，本文的例子也源自书上，主要的目的也是验证仿真是否准确。 ■ 结果呢？是否准确？准确！ ■ 这么准确？是不是可以取代试验了？再用仿真软件入门指出看到很多关于仿真的争论，我的观点是，只要模型准确，仿真方法正确，就一定能得到准确的结果。然而有一些电路没有模型，如果自己没有建模的水平，所以只能靠做实验了。随着技术的发展，模型也会越来越完善，仿真能仿的电路也一定会越来越多，我认为仿真对初学者理解电路有非常大的辅助作用，当然仿真也不是万能的。 ■ 好书的特点是什么？从基本感念和基本定理讲起，而不是用到的时候突然出现一个公式，你也不知道这个公式是在哪来的，对不对。相对而言赵修科老师的《开关电源中的磁性元器件》就要比其他中国作者的书好的多！我也希望这篇文章能够成为一篇对大多数中国电源工程师有帮助的文章。但本文需要有开关电源的基本知识和必要的自动控制理论知识。国庆就要到了，这也算我这个屁民，为伟大的中华屁民共和国献礼之作吧，三聚氰胺也别光给我们屁民吃，我也为伟大祖国“献上一杯牛奶，煮上两个鸡蛋”。作者：黄帆 2009-08-27 深圳宝安一农民房在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀一、要求电压输入范围:： 20~30V 额定输出电压： 12V 输出纹波： 125mV（1%）电压跌落： 250mV（最大， =out 最大输出电流： 4A 开关频率： 100kHz 输入电流最大纹波： 30mA（峰峰值）二、参数计算 I 选择占空比 200mA～3A（1μs 内）） D min = V out V in , max = = 12 30 12 20 = 4.0 = 6.0 V out V in 电感的选择应该按，最高电压、最小占空比 D max = , min u = diL dt V out out , max V ( in , L = − max I × δ ) × T on 如果去δ=10% 最大负载时的峰值电流 30(L = 4)12 − × 41.0 × = 180μH I peak = I ,out max + ,outI max = 4+0.05×4 = 4.2A δ 2 电容要满足低阻抗并且具有高温工作能力，ESR 值随温度有剧烈改变。这个 ESR 和电容值一起决定了零点，并且影响反馈放大器的设计。为了满足规格书 250mV（最大， =out 200mA～3A（1μs 内））的规定 I 其相量形式为所以 duCi = dt . I ω= . UCj C = . I . UCj ω 所以需要穿越频率的带宽 f c = I Δ C π2 out Δ V out out IΔ 下冲电流，电压过冲 cVΔ 上式中， out 如果假定穿越频率为 10kHz ， cf 穿越频率在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀 Z c = V Δ out I Δ out = m 250 8.2 = 89 m Ω 原则上为了留有设计余量，电容的阻抗按 1/3 计算阻抗选取根据上面计算结果，我们可以在 Rubycon 公司的 ZL 系列，16V 中选取以下规格： =C μ330 F I C , rms = 760 m A @ =AT 。105 C R R ESR， low = m72 Ω @ 。20=AT C ESR， low = m220 Ω @ 。10−=AT C 电容 ESR 的阻抗应小于输出电容在穿越频率处的阻抗 1 10 1 cCfπ2 28.6 = × out k = 48m Ω × 330 Z c ≤ 2 R esr + ⎛ ⎜⎜ ⎝ 1 Cf 2 π c out 2 ⎞ =⎟⎟ ⎠ 2 72 + 2 48 = 86m Ω 设计余量不足，在 Rubycon 的 ZL 系列，16V 中重新选取以下规格： =C μ1000 F I C , rms = 1820 m A @ =AT 。105 C R Ω ESR， @ = m23 。20=AT C 。10−=AT C 求取这款电容在 10kHz 频率下的阻抗 = m69 @ ESR， Ω R low high Z c ≤ 2 R esr + ⎛ ⎜⎜ ⎝ 1 Cf 2 π c out 2 ⎞ =⎟⎟ ⎠ 2 23 + 16 2 = 28 m Ω 1 cCfπ2 out 1 k 10 28.6 × × 1000 = 16m Ω = 1 f ESR , low f ESR , high = = R 2 π C out ESR low , 1 R 2 π ESR , high C out = = 1 69 mm 1 × 28.6 × = 3.2 kHz 1 23 mm 1 × 28.6 × = 9.6 kHz 系统开环传递函数的建立 gv =20V MV =2.4V 1)( =sH K= 20 4.2 6.81 =× 在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀 XBP1 测量数据：功率级传递函数 VvsG )( / vd g M XBP2 测量数据：反馈系统传递函数 sGsH )( )( c XBP4 测量数据：系统的开环传递函数 sT )( = VsGsGsH /)( )( )( c vd M sG )( = Z Z f i = CsR 1 + 2 1)( 2 CCsR + ( 1 1 1 + sR 2 CC 1 2 CC + 1 2 ) sC R ( + 1 3 CsR ( 3 3 R 1) + 3 )1 + 如果 2C << 1C ， 3R << 1R sG )( ≈ R 2 R 3 ( 1 CsR 1( + 3 1 CsR 2 + )1 ( ) 2 ( 1 CsR 2 1 1 CsR 3 3 + )1 + )1 ；（ jb a + 的幅值等于 a + ） 2 b 2 令 1 f z π CR 2 1 = 1 ； 3 1 f z π CR 2 1 2 = 2 ； 1 f p π CR 2 2 = 1 ； f p 2 = 2 1 CR 2 π 3 3 jG ( ) ω ≈ R R 2 3 ( + 1 CRj ω 1 CRj 1( ω + 3 2 )1 ( ) 2 ( 1 CRj ω 1 2 1 CRj ω 3 3 + )1 + )1 = R R 2 3 ( + 1 CfR j 2 π 3 1 j CfR 2 1( π + 2 )1 ( ) 2 ( j j 1 CfR 2 π 1 1 CfR 2 π 2 3 3 + )1 + )1 = R R 2 3 ( f z 1 jf 1( + j + )1 ( f f p 1 ) ( f z 2 jf f p jf 2 + )1 + )1 在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀 f z f + 1 j ( − 1( = R 2 R 3 ( ωjG =) R 2 R 3 1 + 1 + )1 ( − ) ( − 1 + j + f f p 1 2 1 2 2 1 + 2 f z f f f p 1 j + )1 j + )1 2 f f p 1 = R 2 R 3 2 2 f z f p f f 2 2 2 f z f 2 2 2 f p f 2 z 1 f 2 2 f + f 2 + 2 p 1 f 2 f 2 f 2 z 2 2 p 2 f 2 f 2 + f + f = R 2 R 3 f f 2 p 1 f + 2 + 2 2 z 1 f 2 2 f f + + f f 2 2 z 2 p 2 f p 1 f 所以， ( cfG =) R 2 R 3 f f 2 c p 1 + + 2 f 2 2 z f 1 c 2 2 f f c c + + f f 2 2 z 2 p 2 f f p 1 2 c 第一个零点取电感电容的谐振频率，即 f =1 z f LC f z 1 = f LC = 1 LC out 2 π = 38.0 KHz = 1 CRπ 2 1 3 3 =⇒ C 97.13 nF（实际取 20nF）第二个极点取 1/2 的开关频率，即 f 2 = p 1 2 f sw f p 2 = 1 2 f sw = 50 KHz = 1 CRπ 2 3 3 3 =⇒ R 228 （实际取 240）； R 2 = 2 2 ( ( f f p 1 z 1 + + 2 2 f f c c )( )( f f p 2 2 2 z 2 + + 2 c 2 f f c ) ) RGf 3 c f p 1 = 02.74 KHz（取 75nF）；（ G = 10 − Gfc − 20 − 32 − 20 = 10 = 6.1 10 = 40）第二个零点同样取电感电容的谐振频率，即 f =2 z f LC f z 2 = f LC = 38.0 KHz = 1 CR 2 π 1 2 1C⇒ =7.17nF（实际取 6.8nF）第一个极点取电容 ESR 引起的转折频率，即 f =1 p f ESR − low f p 1 = f ESR − low = 1 CR 2 π esr out = 96.7 KHz = 1 CRπ 2 2 2 2C⇒ =0.27nF（实际取 0.3nF）把新算好的参数代入仿真，新的穿越频率如图 26 下图为系统开环传递伯特图输入电压，红线为 Vin=30V，兰线为 Vin=20V 在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

你若问我爱不爱国，我便大声答道：我爱的是国家为人民谋幸福的国家，而不是人民为国家做牺牲的国家。----陈独秀 Q1 IRFP044N 4 3 R2 26mΩ 5 L1 180uH 22 D1 MBRS340T3 XFG1 0 12 5 8 U2A 2 14 1 MAX962ESA XSC1 G T A B C D XCP1 1 R4 240Ω 8 C1 20nF R3 38kΩ 19 R6 10kΩ C2 1mF 7 R5 23mΩ R7 60Ω R8 4Ω 9 Q2 IRFP044N 20 V6 0 V 10 V 2msec 4msec C5 300pF 13 R9 74kΩ U1A 2 3 R12 10kΩ C4 6.8nF 11 V2 15 V 1 15 4 LM224AD XSC2 Ext Trig + _ A + _ B + _ 10 R10 10kΩ C3 110pF 0 11 J1 Key = A V4 5 V 仿真原理图 2 R1 10mΩ V3 20 V 23 0 R11 100Ω 21 16 7 PWL V5 0 在中国看其他国家和地区选举自己的领导人，就像太监在旁观别人做爱一样，那是一种痛苦。----郭宇宽（未证实）

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