1.1 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