1. 基本概念展現。 buck電路是我們開關電源中應用較為廣泛的拓撲結構,在實際應用的過程中,我們要求不管是輸入電壓發生變化還是負載電流發生變化,其輸出都是要保持相對穩定。如何達成buck在各種負載條件下正常輸出,其背後的環路策劃的重要性就顯得不言而喻。 一個buck電路就是一個電源系統,系統要達成穩定必須依靠內在的控製環路來達成,以峰值電流模式控製的buck電路為例,其負反饋系統可以時刻保持對輸出進行采樣,通過比較器進行PWM調節,使得輸出保持穩定,對於一個buck電路而言,其反饋網絡的等效框圖可以用下圖進行表示:

其中輸入電壓代表給定Rs,輸出電壓代表Cs,環路的增益就可以表示為T(s)=X(s)G(s)H(s),環路的增益包含了功率級的傳遞函數和補償環節的傳遞函數,對於一個詳細buck電路系統而言,其補償環節,功率級,又是如何與等效結構框圖相對應的呢?
2.buck
電路功率級和補償環節展現。
如圖所示Buck環路的功率級主要與輸入,輸出電容C,電感L 相對應的,其功率級所對應的傳遞函數可以理解為系統本身所固有的傳遞函數,電容電感的取值,不同的控製方式,以及負載電流的大小,都可以對功率級傳遞函數产生影響。補償環節:主要與comp比較器,上下分下電阻,等反饋環路有關,其決定的系統的補償傳遞函數用於調節系統的性能。

3.buck 電路環路策劃的目標 環路策劃的目標是要有足夠的相位裕量,適當帶寬和高直流增益(如下圖所示)以次滿足系統對穩定性、良好的動態響應的要求。

4.buck****電路功率級等效模型的建立及其波特圖分析 在分析buck功率級回路的時候,我們采用小信號建模法,可以將buck電路的功率級等效為電感作為電流源的控製回路,如下圖所示。並且根據傳遞函數 PS_((S) )= v_0(s) /v_c(s) =R/R_i (1+sR_c C)/(1+sRC) 繪製出其波特圖。其中Rc表示輸出電容的esr,Ri是電流的感應增益。單純看buck電路的功率級,其初始的增益很低不能滿足系統相應的準確性,除此外其帶寬,以及相角都不能滿足策劃的要求。

5. Type- Ⅱ補償網絡。 為了彌補buck功率級,我們就需要采用補償網絡對環路進行補償,這裏以我們常用的 電壓型Type-Ⅱ補償網絡為例。


可以得到Type-Ⅱ補償網絡的傳遞函數為

由傳遞函數可知該補償環節有一個零極和兩個極點,畫出其波特圖,分析其幅頻和相頻特性可知補償網絡有較高的直流增益,同時相位裕量提高到最大90度,這種特性可以滿足絕大部分電源應用的需求。6. 環路策劃。 在充分認識和了解buck電路的功率級和我們常用的Type-Ⅱ補償網絡之後,下面將展現如何放置Type-Ⅱ補償環節的零極點對buck環路的功率級的零極點進行改造,使得兩者叠加後達到我們環路策劃的要求。 如下圖所示即為控製環路補償示意圖,其中|PS|是buck環路功率級的波特圖,與前文提到的不同之處這裏是考慮了電感、斜率補償和采樣保持等因素從而得到的更為精確的模型的波特圖。 |EA|則代表的是Type-Ⅱ補償網絡的波特圖,最終通過兩者的叠加我們可以得到最終的buck環路的波特圖|T|。

通常將Ⅱ型補償網絡的低頻零點放置於功率級的低頻零點附近,使得補償後的環路在中頻段以-20dB/Dec衰減;補償網絡的高頻極點放置於功率級電解電容ESR的高頻零點附近,使得補償後的環路在高頻段繼續衰減策劃使得穿越頻率PSFc位於1/20 Fsw。