1.1 开关模式电源转换器补偿简单易行 — 补偿的原因和目的

Switch-mode power converter compensation made easy

大家好，今天我给大家来介绍一下

有关于开关电源的补偿的一些相关知识

我们会着重从以下七个方面来做这个介绍

那么它们包括补偿的原因和目的

有关于零极点的一些介绍

开关电源的功率

及 Power stage 的一些特性

主要着重在于频率响应特性

还有关于 Error amplifier 和

transconductance amplifier 的介绍

包括 Isolated feedback with optocoupler

这两个是关于反馈回路的一些特性的介绍

接下来还有 Compensation examples

我们会基于之前的介绍

然后举一些补偿的实例来加深大家的理解

那么最后还有一个

是关于 Circuit limitations

还有 other issues

那么我们今天

先着重介绍关于补偿的原因和目的

大家可以看到左边的这个 block diagram

它是一个简单的一个电源的功能示意图

那么左边呢 Vin

然后通过 Power stage 输出能量给 Vout

在正常的需求情况下

我们需要 Vout 是一个恒定的电压

那么这样我们怎么来达到这个目的

就是加了一个反馈回路

这两个分压电阻

然后把这个 Vout 的信息

通过分压电阻传递给一个放大器

那么这个放大器一端呢

是这个反馈回来的 Vout 的信号

另外一端呢是个 reference

那么通过比较呢

它把差分的信号呢

在反馈回给功率级

这样来调整功率级的输出的占空比

这样然后我们就把 Vout 可以控制在一个啊

我们需求的范围内

当这样做的时候呢

大家会意识到这是一个负反馈

那负反馈会有稳定性的问题

所以我们又加入了 Compensation network

加完 Compensation network 之后的话呢

自然而然的话我们就要考虑几个东西

一个是它的最终的带宽是多少

频率响应是什么样的

所以引入了一系列接下来我们将要探讨的问题

那就是我们怎么来处理这个补偿

那么接下来作为一个

最直观的来认识一下这个补偿

以及带宽之间的相关的关系

左边的话呢

是一个瞬态响应的一个一个例子

是什么例子

是个不太好的例子

你看这个 Iout 的话

是有一个 Step up 和 Step down

那么 Vout 会有相应的反应

这个反应就是整个这个 loop 调制时候

体现出来的一个特性

那么我们通过左边这个看的话

Vout 的反应很剧烈

然后会有很多 ringing

那这种情况下的话

它代表的是整个环路的 phase margin

不是很够

那么等一下我们会介绍什么是 phase margin

也就是说它的稳定性不是很好

虽然反应很快

那么我们再来看右边，右边的话

在同样的激励的情况下

Vout 的就没有那么多 ringing

但是恢复的稍微慢一点点

但你会感觉这个 system 为很 stable 很稳定

那么也就是说

这两个图代表的什么意思

左边的是反应快

但是稳定性差

右边呢是反应稍微慢

但是稳定性好

那这意味着什么

意味着啊我们要做一个 trade off

trade off 是什么呢

就是说我们这边 Objective

第一个叫 Maximize crossover frequency

这什么意思

是指把我们带宽尽量放到最大

就是补偿之后的 close loop 的带宽尽量增大

这样反应会最快

那就是做类似于左边这种情况

但同时呢

我们还有 Adjust compensation for best settling behavior

那右边的 settling behavior 就会很好

所以我们始终是要在左边和右边两图之间

代表两个极端情况下进行做 trade off 和优化

我们之后的内容会详细的介绍

怎么样来优化以及优化相关的参数

那么我们先来跟大家介绍一下什么是 phase margin

和 gain margin 这个之后都会一直用到

这是用来判断系统的稳定性啊

一些关键的知识

那么左边的这个图呢

我们叫 bode plot

那么红色的代表的是 gain

在这里看到的话呢是一条直线

我们 assume -20dB/decade

就是说每10倍频会下降20个db

那么灰色的话呢

是 phase

那么我们定义的 phase margin

就是当这个红色的在穿过0db的时候

这时我们读取这个 phase

就是 phase margin

当 phase 穿过零的时候

那么读取这个 gain

就是 gain margin

可以注意一下 gain margin 是个负的

我们一般情况下

为了保证系统的稳定

phase margin 建议在最小45度

然后 gain margin 10个dB

当 gain plot 过0dB的时候

我们是希望有个负 20db/decade 的这么一个斜率

那这代表了这一点的 pole 和 zero

equivalent 的是一个 pole，pole 和 zero 可以 cancel

如果你有 multiple pole 和 multiple zero

他们这里应该是互相 cancle 的

还是体现出一个 pole

这样的系统

看起来是会倾向于更加的稳定

因为 phase 不会剧烈变化

带宽，对 switching regulator 的带宽的补偿之后的带宽要求

一般是达到

switching 频率的1/5到1/10

用来远离 switching noise

好，谢谢大家

这就是我们今天讲的第一个内容

下回再见，谢谢

Switch-mode power converter compensation made easy

大家好，今天我给大家来介绍一下

有关于开关电源的补偿的一些相关知识

我们会着重从以下七个方面来做这个介绍

那么它们包括补偿的原因和目的

有关于零极点的一些介绍

开关电源的功率

及 Power stage 的一些特性

主要着重在于频率响应特性

还有关于 Error amplifier 和

transconductance amplifier 的介绍

包括 Isolated feedback with optocoupler

这两个是关于反馈回路的一些特性的介绍

接下来还有 Compensation examples

我们会基于之前的介绍

然后举一些补偿的实例来加深大家的理解

那么最后还有一个

是关于 Circuit limitations

还有 other issues

那么我们今天

先着重介绍关于补偿的原因和目的

大家可以看到左边的这个 block diagram

它是一个简单的一个电源的功能示意图

那么左边呢 Vin

然后通过 Power stage 输出能量给 Vout

在正常的需求情况下

我们需要 Vout 是一个恒定的电压

那么这样我们怎么来达到这个目的

就是加了一个反馈回路

这两个分压电阻

然后把这个 Vout 的信息

通过分压电阻传递给一个放大器

那么这个放大器一端呢

是这个反馈回来的 Vout 的信号

另外一端呢是个 reference

那么通过比较呢

它把差分的信号呢

在反馈回给功率级

这样来调整功率级的输出的占空比

这样然后我们就把 Vout 可以控制在一个啊

我们需求的范围内

当这样做的时候呢

大家会意识到这是一个负反馈

那负反馈会有稳定性的问题

所以我们又加入了 Compensation network

加完 Compensation network 之后的话呢

自然而然的话我们就要考虑几个东西

一个是它的最终的带宽是多少

频率响应是什么样的

所以引入了一系列接下来我们将要探讨的问题

那就是我们怎么来处理这个补偿

那么接下来作为一个

最直观的来认识一下这个补偿

以及带宽之间的相关的关系

左边的话呢

是一个瞬态响应的一个一个例子

是什么例子

是个不太好的例子

你看这个 Iout 的话

是有一个 Step up 和 Step down

那么 Vout 会有相应的反应

这个反应就是整个这个 loop 调制时候

体现出来的一个特性

那么我们通过左边这个看的话

Vout 的反应很剧烈

然后会有很多 ringing

那这种情况下的话

它代表的是整个环路的 phase margin

不是很够

那么等一下我们会介绍什么是 phase margin

也就是说它的稳定性不是很好

虽然反应很快

那么我们再来看右边，右边的话

在同样的激励的情况下

Vout 的就没有那么多 ringing

但是恢复的稍微慢一点点

但你会感觉这个 system 为很 stable 很稳定

那么也就是说

这两个图代表的什么意思

左边的是反应快

但是稳定性差

右边呢是反应稍微慢

但是稳定性好

那这意味着什么

意味着啊我们要做一个 trade off

trade off 是什么呢

就是说我们这边 Objective

第一个叫 Maximize crossover frequency

这什么意思

是指把我们带宽尽量放到最大

就是补偿之后的 close loop 的带宽尽量增大

这样反应会最快

那就是做类似于左边这种情况

但同时呢

我们还有 Adjust compensation for best settling behavior

那右边的 settling behavior 就会很好

所以我们始终是要在左边和右边两图之间

代表两个极端情况下进行做 trade off 和优化

我们之后的内容会详细的介绍

怎么样来优化以及优化相关的参数

那么我们先来跟大家介绍一下什么是 phase margin

和 gain margin 这个之后都会一直用到

这是用来判断系统的稳定性啊

一些关键的知识

那么左边的这个图呢

我们叫 bode plot

那么红色的代表的是 gain

在这里看到的话呢是一条直线

我们 assume -20dB/decade

就是说每10倍频会下降20个db

那么灰色的话呢

是 phase

那么我们定义的 phase margin

就是当这个红色的在穿过0db的时候

这时我们读取这个 phase

就是 phase margin

当 phase 穿过零的时候

那么读取这个 gain

就是 gain margin

可以注意一下 gain margin 是个负的

我们一般情况下

为了保证系统的稳定

phase margin 建议在最小45度

然后 gain margin 10个dB

当 gain plot 过0dB的时候

我们是希望有个负 20db/decade 的这么一个斜率

那这代表了这一点的 pole 和 zero

equivalent 的是一个 pole，pole 和 zero 可以 cancel

如果你有 multiple pole 和 multiple zero

他们这里应该是互相 cancle 的

还是体现出一个 pole

这样的系统

看起来是会倾向于更加的稳定

因为 phase 不会剧烈变化

带宽，对 switching regulator 的带宽的补偿之后的带宽要求

一般是达到

switching 频率的1/5到1/10

用来远离 switching noise

好，谢谢大家

这就是我们今天讲的第一个内容

下回再见，谢谢