【導讀】如果一上來就分析開關電源的環(huán)路穩(wěn)定性,我估計大部分人都會很暈,包括我自己。各種傳遞函數(shù),各種補償網(wǎng)絡,都是一些知道名字,但是連在一起就不認識。
在上一節(jié)中,基于歐姆定律,基爾霍夫定律,伏秒平衡這些已知的知識點,可以推導出Buck變換器的輸入輸出關系。
今天這一節(jié),我們還是從全局的概念來解析開關電源。
1. 運放和開關電源
如果一上來就分析開關電源的環(huán)路穩(wěn)定性,我估計大部分人都會很暈,包括我自己。各種傳遞函數(shù),各種補償網(wǎng)絡,都是一些知道名字,但是連在一起就不認識。
不慌,學習東西都是從簡單到復雜。畢竟開關電源也是電阻,電感,電容,MOS這些器件組成的,假設我們找個簡單的,帶有環(huán)路的模塊,先把它搞清楚,再類比學習開關電源的環(huán)路穩(wěn)定性,應該會簡單很多。
在學過的所有知識點中,我能想到的就是運放。
運放可以看成是黑盒,有輸入輸出,開關電源也可以看成是黑盒,有輸入輸出。直接分析開關電源的環(huán)路穩(wěn)定性,相當復雜,但是運放器件少,分析起來比較簡單。從運放開始,是突破口。
2、開環(huán)系統(tǒng)
對于運放來說,假設我們有下面這樣的電路
給運放一個輸入信號,此時運放開環(huán),可知輸出信號直接到達電源軌,并未實現(xiàn)我們想要的放大倍數(shù)。
由于運放的開環(huán)增益非常大,因此在輸入端增加很小的信號就能使運放飽和。為了使運放能正常使用,我們會給運放增加反饋回路,使其輸出在可控的范圍內(nèi)。
兩個電阻組成的反饋回路
一個電阻和一個電容組成的反饋回路
因此,就有了同相,反相,微分,積分這四種基本帶有閉環(huán)反饋的回路。
同理,對于開關電源也一樣,如果沒有閉環(huán)反饋回來,當輸入電壓變化或者輸出負載變化的時候,由于沒有閉環(huán)反饋,系統(tǒng)會和開環(huán)的運放一樣,無法得到我們想要的結果。所以開關電源必須有反饋回路??梢哉f,不懂環(huán)路,就不知道開關電源精髓所在。
對于運放來講,搞清楚了四種基本的電路,我們就可以變換出各樣的放大倍數(shù),疊加,減法等電路模型,那么對于開關電源的一樣,要很好的控制環(huán)路,必須選取合適的環(huán)路控制方式。
3、開關電源控制方式
根據(jù)前面內(nèi)容,要分析開關電源的環(huán)路,要像分析運放一樣,把運放本體和環(huán)路分開來。同樣,對于開關電源,我們也把電源的功率級和環(huán)路控制分開來,可以表示為下面的拓撲圖。
因此,接下來的重點應該是搞清楚開關電源的環(huán)路是如何控制的,就像我們看到運放的環(huán)路是電阻還是電容,可以很快判斷是純粹放大電路還是微分,積分電路。
在開關電源里面,環(huán)路比運放的環(huán)路要復雜很多,為了分析簡單,只討論Buck變換器,基于PWM調(diào)制方式下的電壓和電流控制模式。PWM調(diào)試方式這里不贅述,直觀的理解就是頻率恒定,占空比可調(diào)的方式。
截止到目前為止,上述所有的內(nèi)容都是已經(jīng)學習過的內(nèi)容。但是我們已經(jīng)很清楚知道了為什么要研究環(huán)路,以及準備如何分析環(huán)路。
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