《开关电源控制回路的设计解析》一文深入探讨了现代电子设备中广泛使用的开关电源技术，详细分析和讲解了其核心控制回路的工作原理、设计方法及优化策略。
### 中文翻译-开关电源控制环路设计
#### 1. 绪论
在开关电源中，功率转换通过调节功率开关的导通时间来实现，这一过程依据输入电压与输出电压的变化进行调整。因此，可以说开关电源是一个能够根据输入和输出电压变化自适应地做出反应的独立控制系统。然而，在设计控制环路时会遇到理论与实践之间的差异问题，尤其是复杂的数学公式使得实际操作变得困难，并容易让人陷入误区。本段落介绍了一种简化的方法来分析开关电源中的控制环路：首先概述了影响性能的关键参数，然后通过一个具体的例子说明哪些组件会影响控制特性，并提供相应的测试结果和测量方法。
#### 2. 基本控制环概念
##### 2.1 传输函数与博得图
系统传输函数定义为输出除以输入的比例关系，通常包括增益和相位两部分，在博得图上可以图形化表示。闭环系统的整体增益是各个组成部分的增益乘积。在博得图中，使用对数标度来显示增益值，因为两个数值的乘积等于各自对数之和；因此可以在图表上将各部分增益相加。系统相位则是整个环路中的总相移。
##### 2.2 极点
当传输方程式的分母为零时，在数学上会产生一个极点。在博得图中，这表现为增益曲线以每十倍频下降20dB的形式出现。例如，低通滤波器通常会在系统中产生一个这样的极点。
##### 2.3 零点
当传输函数的分子为零时，在频率域内会产生一个零点。在博得图上，这个位置表现为增益曲线以每十倍频增加20dB的形式出现，并伴随90度相位超前。高通滤波器电路可以产生这样的零点。
值得注意的是还有一种特殊的零点——右半平面零点（RHP），它会导致相位滞后而不是提前。这种类型的零点通常出现在BOOST和BUCK-BOOST转换器中，因此在设计反馈补偿电路时必须特别注意，确保系统的穿越频率远低于该类型零点的频率。
#### 3. 开关电源的理想增益相位图
任何控制系统的设计之前都需要明确目标：构建一个简单但有效的博得图以实现最佳动态响应、紧密的线性和负载调节以及出色的稳定性。理想闭环博得图应具备以下三个特点：
- **足够的相位裕量**：能够抑制振荡并缩短瞬态调整时间。
- **宽的带宽**：允许电源迅速反应负载和线路变化。
- **高增益**：保证良好的线性和负载调节能力。
##### 3.1 相位裕量
参考图4，相位裕量定义为在穿越频率处超过0度的程度。实际上，这个测量是从DC反馈提供的初始180度相移中补偿后的结果。根据奈奎斯特稳定性准则，当系统的相位裕量大于零时系统是稳定的；但是存在一个边界稳定区域，在此区域内瞬态响应可能导致振荡需要较长时间才能恢复稳定状态。如果相位裕量小于45度，则系统处于边缘稳定状态；超过这个阈值则可提供最佳动态性能、最短调整时间和最小过冲。
##### 3.2 增益带宽
增益带宽是指当系统增益降至1时的频率，也就是穿越频率。最大限制因素通常是开关电源的开关频率。根据采样定理，在低于信号频率两倍的情况下无法准确读取信息；在开关电源中这意味着输出纹波不应被控制环路传递出去，因此系统的穿越频率必须小于开关频率的一半以防止干扰导致系统不稳定。
##### 3.3 增益
高增益对于保证良好的线性和负载调节至关重要。它使PWM比较器能够准确地改变电源的占空比来响应输入和输出电压变化。通常需要在保持较高增益的同时确保足够的相位裕量以维持稳定性。
#### 4. 实际设计分析举例
采用经典的方法，开关电源控制环路可以分为四个主要部分：输出滤波、PWM电路、误差放大器补偿以及反馈网络。图5展示了这些组成部分之间的关系；图6则提供了一个具体的电路示例。输出电压通过反馈网络降低到与参考电平相等的水平，并且将该信号与参考电压进行比较产生误差信号，然后这个差值被送入PWM部分用于控制功率变压器电流和适当的占空比从而调节输出脉冲的数量；最后使用滤波器来平稳化来自功率变压器的斩波电压或电流。接下来确定各组成部分的具体增益和相位特性，并组合形成整个系统的传输函数。
##### 4.1 反馈网络
5星
