1.5 开关模式电源转换器补偿简单易行 —反馈回路介绍

大家好

我们继续之前的开关电源补偿相关知识的介绍

接下来我们今天着重介绍一下关于补偿网络的知识

一部分是用来叫做 Error amplifier

and transconductance amplier

也会涉及介绍一些关于利用 optocoupler 来做

这种 Isolated feedback 网络频率特性

那么这边第一个要看的是 Type 1 error amplifier

那么我们仍然是用这种格式

那么左上角是功能示意图

右下角是 transfer function

然后右上角是波特图

左下角是公式的详细的参数情况

那么就通过左上角的功能示意图

我们看到这个是蛮简单的一个 Type 1 的一个结构

从 Vout 有分压电阻

然后通过放大器反馈回 VC

那么通过右下角 transfer function

我们看的是很简单的式子叫 ωEA/s

这种情况的话

就是说它体现在波特图上

我们看到它是一条从很低的频率开始

以 20db/decade drop phase是90度

那么这也就是说是一个很像

我们也管它叫 integrator

因为它的 transfer function 本来就是 integrator

那么这个 ωEA 的公式是由 RFBT 乘以 CCOMP

这里大家会注意到 RFBB 没有了

因为它被 AC ground

为什么 AC ground

因为 Vref 是 AC ground

当然我们假设这个放大器的带宽

是在无限的情况下

OK 我们接下来看一下 Type 2 error amplifier

跟 Type 1 之间区别的话

就是从 feedback 到 Vc 中间

我们多了一些 C 和 RC

那么我们把它的从 Vout 到 VC 之间的

这个传导函数推导出来之后

我们到了右下角这里

整理之后，我们会发现这里边

先是有一个 Type 1 error amplifier 的一个特性

就是一个 AVM/S 乘以一个 ωZEA

然后右边的话是零点

下面还有一个极点

那么体现在波特图上我们看的话就是

先是有一个 integrate drop

这个 gain 然后之后会 go flat

我们管它叫 mid-band gain

也就是把它用 AVM 来代表

然后之后到了 ωHF 一个 high frequency 它会继续 drop

然后 phase 上面体现的也是一致的

先是90度，然后往上升90度

因为有一个零点

然后之后再往回又调回

最终停在90度

那么左边的话有关于参数的

详细的一个相关性

那么 mid-band gain

然后 ωZEA 还有其它的 ωHF

那么我们每一次推导的时候都有一些个 Assumption

这个 Assumption 就是 CCOMP 远远大于 CHF

只有 Assumption 前提下

这个公式才能够简化

得出我们这些结论

下面还有 Type 2 transconductance amplifier

这里区别就是说刚才是 amplifier

现在变成了 transconductance

为什么

从示意图来看，从 VC 到 VFB 没有关联性了

那么 VC 的 RC 和 C 都是对地的

这意味着这个放大器更像是一个 GM amplifier

在 dectect 的一个 input difference

然后再产生一个 currrent

也就是说 δV 乘以 GM

i 来充放 VC load

它的传导函数跟之前是没有多少区别的

在右下角可以看出来

然后它的波特图也是一样的

然后左下角是关于公式的一个详细的解释

Assumption 会更多一点

这里多了一个 REA>>RCOMP

这个是很容易达到的

因为这个放大器的内阻一般都是很容易做得很高

RCOMP 一般都是一个有限的数值

OK 然后接下来我们看一下 Type 3 error amplifier

之前还没有提到的是 Type 1 是 integrator

Type 2 有两种

Type 2 的两种多数情况会用在 current-mode converter compensation

这里面我们看 Type 3

Type 3 相当于 Type 2 更加的复杂

这边又多了个 CFF 和 RFF

它传导函数我们推导完了之后

看起来很复杂

但总体上的特点是什么

右下角这里就是有一个 integrator

然后有两个 zero 和两个 pole

体现在波特图上一样的

我们看到这边

我们把 ωZEA 和 ωFZ 放得很近

看到几乎是两个 Zero

本来是 integrate 20dB/decade drop

然后被拉平紧接着又起来

整个这个 gain 和 phase 跟这个传递函数是一致的

左下角是关于这个参数的详细的数值的一个解释

这里就额外加一句

就是说我们之后可以用它这个两个很靠近的

这个 ZERO 就是 ωZEA 和 ωFZ

它可以用来 compensate voltage mode 的 double pole

之后会有解释

OK我们接下来看一下

用 optocouopler 来做 Isolated feedback 的回路

那么左边的话左上角是一个反馈回路

用了 optocouopler

这里边其它的都是很类似的

就是 RFBT RFBB 它们两分压电阻

然后 CCOMP

这里面多了一个东西叫 RBIAS

它是干什么用

就是为了给 TL431 来提供一个 minimum bias 电流

来保证它正常工作

那么这里面我们会发现这个 optocouopler 在这里

那一端它会有 RD 的电流

那么它会把它折射回到 RP 这端来

也就是一个是 IC

一个是 IF

那么两个之间的 ratio

我们叫做 CTR

也就是 Current transfer ratio

那它是 mid-band gain 的一部分

我们来看

右下角 transfer function

那它总结起来的话

跟我们之前看到的是很相似的

有一个 integrator

然后有一个 zero 一个 pole

体现在波特图上也是一致的

那么回过头来看公式的细节

刚才也介绍 Current transfer ratio

然后 mid-band gain

那么同时是那个零点和极点的位置情况

OK 所以今天我们介绍了关于 feedbak network 的频率特性

它们都是一些工具

我们之后可以用它来作为补偿

谢谢大家听讲，下课继续

大家好

我们继续之前的开关电源补偿相关知识的介绍

接下来我们今天着重介绍一下关于补偿网络的知识

一部分是用来叫做 Error amplifier

and transconductance amplier

也会涉及介绍一些关于利用 optocoupler 来做

这种 Isolated feedback 网络频率特性

那么这边第一个要看的是 Type 1 error amplifier

那么我们仍然是用这种格式

那么左上角是功能示意图

右下角是 transfer function

然后右上角是波特图

左下角是公式的详细的参数情况

那么就通过左上角的功能示意图

我们看到这个是蛮简单的一个 Type 1 的一个结构

从 Vout 有分压电阻

然后通过放大器反馈回 VC

那么通过右下角 transfer function

我们看的是很简单的式子叫 ωEA/s

这种情况的话

就是说它体现在波特图上

我们看到它是一条从很低的频率开始

以 20db/decade drop phase是90度

那么这也就是说是一个很像

我们也管它叫 integrator

因为它的 transfer function 本来就是 integrator

那么这个 ωEA 的公式是由 RFBT 乘以 CCOMP

这里大家会注意到 RFBB 没有了

因为它被 AC ground

为什么 AC ground

因为 Vref 是 AC ground

当然我们假设这个放大器的带宽

是在无限的情况下

OK 我们接下来看一下 Type 2 error amplifier

跟 Type 1 之间区别的话

就是从 feedback 到 Vc 中间

我们多了一些 C 和 RC

那么我们把它的从 Vout 到 VC 之间的

这个传导函数推导出来之后

我们到了右下角这里

整理之后，我们会发现这里边

先是有一个 Type 1 error amplifier 的一个特性

就是一个 AVM/S 乘以一个 ωZEA

然后右边的话是零点

下面还有一个极点

那么体现在波特图上我们看的话就是

先是有一个 integrate drop

这个 gain 然后之后会 go flat

我们管它叫 mid-band gain

也就是把它用 AVM 来代表

然后之后到了 ωHF 一个 high frequency 它会继续 drop

然后 phase 上面体现的也是一致的

先是90度，然后往上升90度

因为有一个零点

然后之后再往回又调回

最终停在90度

那么左边的话有关于参数的

详细的一个相关性

那么 mid-band gain

然后 ωZEA 还有其它的 ωHF

那么我们每一次推导的时候都有一些个 Assumption

这个 Assumption 就是 CCOMP 远远大于 CHF

只有 Assumption 前提下

这个公式才能够简化

得出我们这些结论

下面还有 Type 2 transconductance amplifier

这里区别就是说刚才是 amplifier

现在变成了 transconductance

为什么

从示意图来看，从 VC 到 VFB 没有关联性了

那么 VC 的 RC 和 C 都是对地的

这意味着这个放大器更像是一个 GM amplifier

在 dectect 的一个 input difference

然后再产生一个 currrent

也就是说 δV 乘以 GM

i 来充放 VC load

它的传导函数跟之前是没有多少区别的

在右下角可以看出来

然后它的波特图也是一样的

然后左下角是关于公式的一个详细的解释

Assumption 会更多一点

这里多了一个 REA>>RCOMP

这个是很容易达到的

因为这个放大器的内阻一般都是很容易做得很高

RCOMP 一般都是一个有限的数值

OK 然后接下来我们看一下 Type 3 error amplifier

之前还没有提到的是 Type 1 是 integrator

Type 2 有两种

Type 2 的两种多数情况会用在 current-mode converter compensation

这里面我们看 Type 3

Type 3 相当于 Type 2 更加的复杂

这边又多了个 CFF 和 RFF

它传导函数我们推导完了之后

看起来很复杂

但总体上的特点是什么

右下角这里就是有一个 integrator

然后有两个 zero 和两个 pole

体现在波特图上一样的

我们看到这边

我们把 ωZEA 和 ωFZ 放得很近

看到几乎是两个 Zero

本来是 integrate 20dB/decade drop

然后被拉平紧接着又起来

整个这个 gain 和 phase 跟这个传递函数是一致的

左下角是关于这个参数的详细的数值的一个解释

这里就额外加一句

就是说我们之后可以用它这个两个很靠近的

这个 ZERO 就是 ωZEA 和 ωFZ

它可以用来 compensate voltage mode 的 double pole

之后会有解释

OK我们接下来看一下

用 optocouopler 来做 Isolated feedback 的回路

那么左边的话左上角是一个反馈回路

用了 optocouopler

这里边其它的都是很类似的

就是 RFBT RFBB 它们两分压电阻

然后 CCOMP

这里面多了一个东西叫 RBIAS

它是干什么用

就是为了给 TL431 来提供一个 minimum bias 电流

来保证它正常工作

那么这里面我们会发现这个 optocouopler 在这里

那一端它会有 RD 的电流

那么它会把它折射回到 RP 这端来

也就是一个是 IC

一个是 IF

那么两个之间的 ratio

我们叫做 CTR

也就是 Current transfer ratio

那它是 mid-band gain 的一部分

我们来看

右下角 transfer function

那它总结起来的话

跟我们之前看到的是很相似的

有一个 integrator

然后有一个 zero 一个 pole

体现在波特图上也是一致的

那么回过头来看公式的细节

刚才也介绍 Current transfer ratio

然后 mid-band gain

那么同时是那个零点和极点的位置情况

OK 所以今天我们介绍了关于 feedbak network 的频率特性

它们都是一些工具

我们之后可以用它来作为补偿

谢谢大家听讲，下课继续