电源设计：轻松掌握峰值电流模式控制的电压环路补偿

"为何要与环路补偿纠缠不休" 在电源设计中，环路补偿是一个关键环节，尤其是在峰值电流模式控制的电源转换器中。这是因为一个良好的补偿方案能够确保系统的稳定性和快速的大信号瞬态响应。工程师们常在极高开关频率下尝试优化环路交叉，以提升性能，但这也可能带来稳定性问题。峰值电流模式控制虽然相对电压模式控制而言更易于补偿，但对于某些设计者来说，理解并实现电压环路的补偿仍然是一个挑战。 电源控制模块的分析基于经典的控制理论，即所有控制系统都可以通过传输函数来简化。在峰值电流模式控制的电源转换器中，电压控制环路（TV(f)）可以被分解为多个传输模块的乘积。这些模块包括功率级控制输出传输函数(GCO(f))，它描述了输出电压与控制电压变化的关系，实际是由PWM调制器增益(K)和电源输出滤波器增益(GF(f))的组合。其次是控制传输函数(GC(f))，也称为补偿传输函数，它表示控制电压与输出电压变化的比例。如果系统包含光隔离器，那么还有光隔离器的传输函数(GOPTO(f))。 图1展示了一个简化的电源电压环路模块结构，图2则进一步呈现了峰值电流模式控制正向转换器的具体功能结构。控制模块通过虚线分隔，清晰地展现了各部分的功能。 峰值电流模式控制的核心思想是通过对功率级电感的平均电流进行控制，模拟一个理想的电流源，从而消除输出电容(COUT)和功率级电感(LOUT)交互作用产生的双极效应。图3的控制结构图揭示了这一工作原理。 设计电压环路补偿时，目标是确保系统的闭环增益在期望的频率范围内具有适当的斜率，同时避免产生过多的相位延迟，以保持系统稳定。这通常涉及到选择合适的补偿元件，如电容、电阻和电感，以及调整它们的值来优化环路特性。补偿网络的设计需要综合考虑环路增益、相位裕度和增益裕度，确保系统在所有操作条件下都能稳定运行。 理解并正确执行环路补偿对于电源设计至关重要，它直接决定了电源转换器的效率、动态性能和长期稳定性。通过深入研究和应用控制理论，电源设计师可以克服补偿难题，实现高性能的电源解决方案。