1.4 开关模式电源转换器补偿简单易行 —功率级第二部分

大家好

我们接下来继续之前的关于开关电源补偿的一些相关的介绍

那么我们继续之前的关于功率级的特性第二部分

接下来我们看一下 Current-mode power stage

跟 Voltage mode 之间区别的话

我们可以看到就是说多了一个 Rs

多了一个放大器 A

然后把 Rs 的信号这里面它放大之后

融入到一个

这个 PWM comparator input 的一端

把它反馈回整个回路

这做下来之后

这意味着什么

意味着电感 L 里面的电流的信息

被取样并放回到整个环路当中

所以 L 和 C 之间的 resonant 就被 break 掉了

在这种情况下

这个控制模式

我们更多的是把它看成是一个电感是一个 current source

那么它一旦变成了一个 current source

它就不具备了 L 和 C resonant 的基本的一个条件

这样的话等于是把这个 LC 的 double pole break 掉

就是把它破解掉

那么我们通过右下角的 transfer function

可以很清晰地看到其它都一样的

但是在分母你会看到两个 pole 都是实数的

没有 complex

那么我们回过头来再看

上面的波特图也很清晰

有 ωp ωl

它们分别处在在这里面是一个最低频一个最高频

被分开了

然后 ωz 在中间

这样这个这个 gain 和 phase 的变化就会很缓和

那么这意味着什么呢

意味着补偿容易

那么左下角的详细的公式

在这里面我也不一一介绍了

有几个特点注意一下就好了

那么 ωp 是跟 Cout 和 Rout 相关

你可以认为是 output pole

ωz 仍然的 ESR 的零点

之后会多次的重复见到

这种那个ωp ωz

这样的话你会越来越熟悉

然后 ωl 是跟电感相关的一个极点

然后里面有一些参数有 Km

在这里面的话呢

对于 Current mode 要额外介绍一个东西是什么

就是这里的这个 text 我们介绍叫 Vslope

那么它跟 ramp 之间是有一些区别的

在 Voltage mode 里面的话那个 Vramp

它是一个很大的 ramp

然后我们用它来控制 duty cycle

那这里呢我们叫 Vslope

有什么区别呢

就是说首先一点

理想情况下我们不需要

我们只是想要电流信号回来

但是在这种情况下的话

对 Current mode 有个基本的一个原理知识叫做 slope compensation

当我没有 slope 的时候

也就是说没有这个 Vslope

如果再 duty cycle 小于50%的时候没有关系

整个系统是稳定的

如果它是大于 50% 的时候

如果系统这个时候有一个小的 noise 进来的话

那么电感电流将不能够很快的 settle down

还是说会有累积和振荡

那么这是这个 Current mode 的一个特性

我们也管它叫 Current mode harmonic

那么为了抑制这种 harmonic

我们加入了一个 ramp

也叫作 Vslope

它的具体的量要根据这个电感

它的还有 Vout 来决定

也就是说跟电感电流里面的 falling 的那个斜率

下降的斜率相关的

所以这就是我们所说的 Vslope

这个 Vslope 有其它材料会详细的解释

大家可以去之后会介绍哪里

回去仔细看一下

那么它不能太多也不能太少

少了会有 harmonic

我们刚才提过的

多了整个系统就会变成一个 Voltage mode

那么这个 ωp ωl 又会跑到一块

那就不会再稳定了

这里面会看到一个 Current mode boost power stage

在这里面的话

我们会看到左上角一样的

我们之前介绍过的

我们这个看的方法就是说先看 function diagram

功能性的模块

那么这里面我们着重介绍一个东西

就是说它跟 Current mode 之间都没有什么太大的区别

只不过我们看到工作模式的特点就好了

那么首先这里有 Vin Vout

那我们会看到在我们 transfer energy from

Vin 到 Vout 的时候

我们先充电感

也就是说这里面就是说先有这个开关打开

给这个电感充电

然后之后才会给传输给 Vout

那么这也是说这也就是 boost 一个核心的特性

为什么它有右半平面零点

那就意味着当我们 demand higher energy 的时候

在 Vout

那么我们并没有直接把 energy 从 Vin 传给 Vout

还是说先给它充电

那这样等于是有一个 delay

当我们看任何一个系统的时候

如果它 demand high energy

但是不能够立刻传给它的时候

还要再等一下 delay 一下的时候呢

那么这种情况下

多数都会产生这种右半平面零点

那么右下角的这个传导函数的话

它直接体现在分子上

我们看到这种 1- S/ωr

其它都是类似的

那么我们看波特图也会看到这边有个 ωr

就是有别于

其它的 Current mode buck power stage 的一个特点

然后左边的话呢

是左下角是其它参数的详细的解释

这里也多入了一个多了一个 component 叫做 ωr

多说一点

就是这个 ωr 跟 Rout duty cycle 和 L 是相关的

接下来我们看一下 Current mode buck-boost

那么这个Current mode buck-boost

你会看到跟 Current mode boost

是如出一辙

仍然有一个 ωr 一样的原理

一样的产生原因

那么它的主要的这些系数的话

在这里呢基本上都是相似的

只不过参数上面有一些略微的调整

然后看到有 ωp ωr ωz

这些经常看到的

ωp 就是 out pole ωr 右半平面

零点 ωz ω zero

接下来我们看一下 Current mode forward power stage

Current mode forward power stage 这里面

左上角的 function block diagram

这里我们引入了 transformer 和 D1 D2

那么它的功能很接近于 Current mode buck

这个我们通过右下角传导函数可以看出来

如出一辙的一个函数

然后右上角的波特图体现的也是一致的

ωp ωz ωl

然后 phase 相应的变化

那么左下角的参数的详细的公式上面呢

区别就是这里多处引入了 transformer turns ratio

接下来呢我们再看一下 Current mode flyback

那么 Current mode flyback 的话

我们看到 transformer设置不太一样

然后这里引入了一个 D1

它看起来这个结构更加的倾向于 Current mode boost

那么通过右下角的 transfer function

我们可以引出以上的波特图

这里也引入了一个 ωr

然后左下角是公式的详细解释

就像类似于 Current mode buckboost

对于 Current mode boost 一样

这里边呢 Current mode flyback

可能就类似于 Current mode buck

那么这里面多处的公式呢

引入了 transformer turns ratio

跟 Current mode buck 呢

总体的是相似的

这些不一一解释了

之后可以回来去查这些参数的具体数值

OK 以上的话呢

就是我们介绍功率级的一些特性

那么到现在呢功率级特性介绍完了

今天到此为止

下次我们会开始跟大家介绍一些补偿网络相关知识

大家好

我们接下来继续之前的关于开关电源补偿的一些相关的介绍

那么我们继续之前的关于功率级的特性第二部分

接下来我们看一下 Current-mode power stage

跟 Voltage mode 之间区别的话

我们可以看到就是说多了一个 Rs

多了一个放大器 A

然后把 Rs 的信号这里面它放大之后

融入到一个

这个 PWM comparator input 的一端

把它反馈回整个回路

这做下来之后

这意味着什么

意味着电感 L 里面的电流的信息

被取样并放回到整个环路当中

所以 L 和 C 之间的 resonant 就被 break 掉了

在这种情况下

这个控制模式

我们更多的是把它看成是一个电感是一个 current source

那么它一旦变成了一个 current source

它就不具备了 L 和 C resonant 的基本的一个条件

这样的话等于是把这个 LC 的 double pole break 掉

就是把它破解掉

那么我们通过右下角的 transfer function

可以很清晰地看到其它都一样的

但是在分母你会看到两个 pole 都是实数的

没有 complex

那么我们回过头来再看

上面的波特图也很清晰

有 ωp ωl

它们分别处在在这里面是一个最低频一个最高频

被分开了

然后 ωz 在中间

这样这个这个 gain 和 phase 的变化就会很缓和

那么这意味着什么呢

意味着补偿容易

那么左下角的详细的公式

在这里面我也不一一介绍了

有几个特点注意一下就好了

那么 ωp 是跟 Cout 和 Rout 相关

你可以认为是 output pole

ωz 仍然的 ESR 的零点

之后会多次的重复见到

这种那个ωp ωz

这样的话你会越来越熟悉

然后 ωl 是跟电感相关的一个极点

然后里面有一些参数有 Km

在这里面的话呢

对于 Current mode 要额外介绍一个东西是什么

就是这里的这个 text 我们介绍叫 Vslope

那么它跟 ramp 之间是有一些区别的

在 Voltage mode 里面的话那个 Vramp

它是一个很大的 ramp

然后我们用它来控制 duty cycle

那这里呢我们叫 Vslope

有什么区别呢

就是说首先一点

理想情况下我们不需要

我们只是想要电流信号回来

但是在这种情况下的话

对 Current mode 有个基本的一个原理知识叫做 slope compensation

当我没有 slope 的时候

也就是说没有这个 Vslope

如果再 duty cycle 小于50%的时候没有关系

整个系统是稳定的

如果它是大于 50% 的时候

如果系统这个时候有一个小的 noise 进来的话

那么电感电流将不能够很快的 settle down

还是说会有累积和振荡

那么这是这个 Current mode 的一个特性

我们也管它叫 Current mode harmonic

那么为了抑制这种 harmonic

我们加入了一个 ramp

也叫作 Vslope

它的具体的量要根据这个电感

它的还有 Vout 来决定

也就是说跟电感电流里面的 falling 的那个斜率

下降的斜率相关的

所以这就是我们所说的 Vslope

这个 Vslope 有其它材料会详细的解释

大家可以去之后会介绍哪里

回去仔细看一下

那么它不能太多也不能太少

少了会有 harmonic

我们刚才提过的

多了整个系统就会变成一个 Voltage mode

那么这个 ωp ωl 又会跑到一块

那就不会再稳定了

这里面会看到一个 Current mode boost power stage

在这里面的话

我们会看到左上角一样的

我们之前介绍过的

我们这个看的方法就是说先看 function diagram

功能性的模块

那么这里面我们着重介绍一个东西

就是说它跟 Current mode 之间都没有什么太大的区别

只不过我们看到工作模式的特点就好了

那么首先这里有 Vin Vout

那我们会看到在我们 transfer energy from

Vin 到 Vout 的时候

我们先充电感

也就是说这里面就是说先有这个开关打开

给这个电感充电

然后之后才会给传输给 Vout

那么这也是说这也就是 boost 一个核心的特性

为什么它有右半平面零点

那就意味着当我们 demand higher energy 的时候

在 Vout

那么我们并没有直接把 energy 从 Vin 传给 Vout

还是说先给它充电

那这样等于是有一个 delay

当我们看任何一个系统的时候

如果它 demand high energy

但是不能够立刻传给它的时候

还要再等一下 delay 一下的时候呢

那么这种情况下

多数都会产生这种右半平面零点

那么右下角的这个传导函数的话

它直接体现在分子上

我们看到这种 1- S/ωr

其它都是类似的

那么我们看波特图也会看到这边有个 ωr

就是有别于

其它的 Current mode buck power stage 的一个特点

然后左边的话呢

是左下角是其它参数的详细的解释

这里也多入了一个多了一个 component 叫做 ωr

多说一点

就是这个 ωr 跟 Rout duty cycle 和 L 是相关的

接下来我们看一下 Current mode buck-boost

那么这个Current mode buck-boost

你会看到跟 Current mode boost

是如出一辙

仍然有一个 ωr 一样的原理

一样的产生原因

那么它的主要的这些系数的话

在这里呢基本上都是相似的

只不过参数上面有一些略微的调整

然后看到有 ωp ωr ωz

这些经常看到的

ωp 就是 out pole ωr 右半平面

零点 ωz ω zero

接下来我们看一下 Current mode forward power stage

Current mode forward power stage 这里面

左上角的 function block diagram

这里我们引入了 transformer 和 D1 D2

那么它的功能很接近于 Current mode buck

这个我们通过右下角传导函数可以看出来

如出一辙的一个函数

然后右上角的波特图体现的也是一致的

ωp ωz ωl

然后 phase 相应的变化

那么左下角的参数的详细的公式上面呢

区别就是这里多处引入了 transformer turns ratio

接下来呢我们再看一下 Current mode flyback

那么 Current mode flyback 的话

我们看到 transformer设置不太一样

然后这里引入了一个 D1

它看起来这个结构更加的倾向于 Current mode boost

那么通过右下角的 transfer function

我们可以引出以上的波特图

这里也引入了一个 ωr

然后左下角是公式的详细解释

就像类似于 Current mode buckboost

对于 Current mode boost 一样

这里边呢 Current mode flyback

可能就类似于 Current mode buck

那么这里面多处的公式呢

引入了 transformer turns ratio

跟 Current mode buck 呢

总体的是相似的

这些不一一解释了

之后可以回来去查这些参数的具体数值

OK 以上的话呢

就是我们介绍功率级的一些特性

那么到现在呢功率级特性介绍完了

今天到此为止

下次我们会开始跟大家介绍一些补偿网络相关知识