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一、環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)概述

環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)是開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響到電源的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。本文以一個(gè)典型的 Topswitch 電源為例，詳細(xì)講解環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)的具體步驟和方法。

該電源具有寬范圍輸入電壓適應(yīng)能力，能夠穩(wěn)定輸出 12V/2.5A 的電力，廣泛適用于各種電子設(shè)備。

二、電源反饋環(huán)路分析

其開環(huán)傳遞函數(shù)為：

該 Topswitch 電源的反饋環(huán)路由多個(gè)關(guān)鍵部分構(gòu)成，包括功率部分傳遞函數(shù)（KPwr）、輸出 LC 濾波部分傳遞函數(shù)（KLC）、反饋分壓部分傳遞函數(shù)（KFb）、反饋補(bǔ)償部分和光耦部分傳遞函數(shù)（Kea）以及調(diào)制器部分傳遞函數(shù)（KMod）。在進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)之前，需要先計(jì)算出 K1 = KMod × KPwr × KLC × KFb 的頻率特性，依據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景確定設(shè)計(jì)目標(biāo) KEa，然后通過精心設(shè)計(jì) TL431 的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來達(dá)成 KEa 的要求。

在本設(shè)計(jì)中，由于上分壓電阻直接連接到 431 基準(zhǔn)端，所以 Kfb = 1，簡化了部分計(jì)算過程。

三、補(bǔ)償部分設(shè)計(jì)

（一）確定目標(biāo)帶寬

首先需要確定目標(biāo)帶寬。在 Topswitch 設(shè)計(jì)的反激電源中，目標(biāo)帶寬不僅要受到一般反激電源的幾個(gè)限制（如帶寬要小于開關(guān)頻率的 1/2、右半平面零點(diǎn)的 1/4、運(yùn)放增益限制以及輸出電容類型的選擇等），還要受到內(nèi)部 7kHz 極點(diǎn)的限制，通常不能過高，約在 1 - 2kHz 范圍內(nèi)較為合適。

（二）設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

在確定目標(biāo)帶寬后，設(shè)計(jì)補(bǔ)償部分，確保在目標(biāo)帶寬時(shí)相位裕量大于 45°，以保證環(huán)路的穩(wěn)定性。幅值裕度在大多數(shù)補(bǔ)償方式下都能自動(dòng)滿足，所以設(shè)計(jì)時(shí)一般無需特別考慮。

補(bǔ)償部分只有一個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)，它們與 Topswitch 內(nèi)部的 7kHz 極點(diǎn)共同組成了一個(gè) π 型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。7kHz 極點(diǎn)的作用是抵消輸出濾波電容零點(diǎn)，從而有效衰減噪音和開關(guān)紋波的干擾。

（三）TL431 部分小信號(hào)傳遞函數(shù)

由于 TL431 使用輸出供電，其傳遞函數(shù)具有一個(gè)在原點(diǎn)的極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn)。

R6 和 R9 的阻值大小決定了增益，其中 R9 的阻值由零點(diǎn)的位置確定，因此整個(gè)增益的大小主要由調(diào)整 R6 來確定。CTR 為光耦 PC817C 的實(shí)測電流傳輸比。

四、總開環(huán)響應(yīng)計(jì)算與結(jié)果分析

整個(gè)環(huán)路的開環(huán)增益是 K1 和 KEa 的乘積，也就是兩部分的增益和相位的代數(shù)和。經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算，最終得到交越頻率為 1.16kHz，相位裕量為 66.5°，完全滿足環(huán)路穩(wěn)定的嚴(yán)格要求。這意味著電源在面對負(fù)載變化和輸入電壓波動(dòng)時(shí)，能夠迅速做出響應(yīng)并保持輸出電壓的穩(wěn)定，為電子設(shè)備提供可靠的電力支持。