BUCK环路设计电子电路详解.pdfVIP

www. powersystems.eetchina .com CPU电源电路设计系列 6：DC-DC Buck 变换器电压环补偿网络设计 作者：郭奉凯 陈嘉凯 电源技术属于电力电子技术的范畴，是集电力变换、现代电子、自动控制等多学科于一 体的边缘交叉技术, 现今已广泛应用到工业、能源、交通、信息、航空、国防、教育、 文化等领域。电源技术的发展实际上是围绕着提高效率、提高性能、小型轻量化、安全 可靠、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声的轨迹进行不懈研究，开关电源是整个电 源技术中至关重要的部分，其中的 PWM电源调整器的反馈补偿网络，是开关电源的重要 研究课题，本文将针对 PWM DC-DC Buck变换器电压环补偿网络设计做出了研究和应用 举例。 一 变换器模块介绍 开关变换电路同步整流 Buck 变换器电压调节是一个单环系统，由三个基本模块组成： 包括功率开关调节器，低通滤波网络和相位补偿网络。补偿网络由电压采样电路，误差 放大器，补偿电路元件组成。它的物理过程描述为：当控制电路输出一个高电平后，功 率开关管导通，主电路向输出电路提供能量；反之功率开关断开，停止向输入电源汲取 能量。 图 1 Buck 调节器的三个基本模块 为设置系统的增益和带宽，要写出系统的开环传递函数，根据电路功能，我们划分出 3 块，如图 1，第一块包括 PWM比较器到控制 MOSFET输出，第二块是 LC低通滤波器，根 据输出电压，电流规范选定元器件之后，被动元件引起的相位滞后已经形成，第三块是 根据以上两部分的传递函数，设计补偿电路，改变系统的增益和带宽，使系统有理想的 相位裕度和带宽，达到系统稳定的要求。 二 系统传递函数 下面分别介绍三部分传递函数 1. PWM比较器的工作过程，比较器的负相端接时钟电路发出的三角波或锯齿波信号 www. powersystems.eetchina .com u (t ) ，正相端为误差放大器发出的误差信号 u (t ) ，两个信号比较产生有占空比变化 R c 的 PWM波 d(t ) ，由 MOSFET的驱动向下一级推动 MOSFET 的导通和关断。 图 2 PWM 调节器 （Modulator ） 对于这部分，小信号输为 ( ) uc t ，输出为 VOUT 图 3 PWM比较器 当 ( ) ( ) u t u t , 输出 d (t ) 为高电平，反之为低电平 . c R 图4 PWM输入端电压比较 从 ab 为一个时钟周期 T，a t ，t b 为高电平时间段， 1 2 u (t ) 2tat1 C 1 = (1) V T OSC u (t ) 2tt2 b C 2 = (2) VOSC T u (t ) + u (t ) tat1 + tt2 b C 1 C 2 = (3) 2VOSC