本文是 21Dianyuan 社区原创技术文章，作者 ctus220，感谢作者的辛苦付出。

内容目录：

1、环路和直流稳压电源的关系

2、与环路相关的基本概念

波特图，环路稳定性判据，传递函数，零极点

3、常用的补偿控制器

PI，Type II，Type III 控制器(s域的传递函数，波特图)

4、模拟环路设计流程

4.1 收集系统参数(输入电压，输出电压，输出电感电容，开关频率等)

4.2 确定功率级的零极点

4.3 根据4.2环节确定该选用何种补偿控制器

4.4 确定补偿控制器的参数

5、数字和模拟环路的差别

5.1 不同的设计方法，有何异同

5.2 数字控制的电源设计方法

6、相关仪器和软件的使用

6.1 环路分析仪

6.2 mathcad

6.3 仿真软件 saber，psim，simplis，spice 等

6.4 matlab

7、经验分享

7.1 油机电源 MR48-2900 环路设计经验分享

7.2 电力电源 MR220-3000 环路设计经验分享

8、总结

稳压电源工作原理

我们需要什么样的电源？

电源系统框图

Bode 图

(由奈奎斯特图测定稳态裕量是很麻烦的)

穿越频率和相位裕量，增益裕量

环路稳定性判据：

➡ 准则1：在穿越频率处，总开环系统要有大于30度的相位裕量；

➡ 准则2：为防止-2增益斜率的电路相位快速变化，系统的开环增益曲线在穿越频率附近的增益斜率应为-1(-20db/10倍 频程)

➡ 准则3:  增益裕量是开环系统的模的度量，该变化可能导致曲线刚好通过-1点。一般需要 6db 的增益裕量。

➡ 备注：应当注意，并不是绝对要求开环增益曲线在穿越频率附近的增益斜率为必须为-1，但是由于-1增益斜率对应的相位曲线相位延迟较小，且变化相对缓慢，因此它能够保证，当某些环节的相位变化被忽略时，相位曲线仍将具有足够的相位裕量，使系统保持稳定。

要满足上述的3个准则，我们需要知道开环系统所有环节的增益和相位情况，引入传递函数，零极点的概念可以很好的分析这个问题。。。

传递函数 零点 极点：

零极点频率引起的增益斜率变化规则

一个零点，表示增益斜率变化了+1。

零点会引起相位超前。由 Fz 处的零点，引起在频率 F 处超前的相位是：

一个极点，表示增益斜率变化了-1。

极点会引起相位滞后。由 Fp 处的极点，引起在频率 F 处滞后的相位是：

尝试用零点极点

 ➡ 来分析一个 Type II 补偿器

转折频率 Fz 和 Fp 的设置。

Fz 和 Fp 相距越远，相位裕量就越大。这样会使低频增益减小，降低了抑制低频纹波的衰减效果。同样高频增益增大，就会使高频窄噪声尖峰以更大的幅值通过。

如果 Fz 在 Fz2 而不再 Fz1，则在低频 F1 的增益是 G1 而不是 G2；如果 Fp 在 Fp2 而不再 Fp1，则在高频Fh的增益是 G3 而不是 G4。

低频增益和纹波的关系

常用的补偿控制器-Type II

常用的补偿控制器-Type III

模拟环路设计流程

1、收集系统参数，例如输入电压，输出电压，滤波参数等，并确定开关频率

2、确定功率级的零极点

3、确定穿越频率和补偿器的类型

4、确定所需要的补偿器的零极点

5、计算实际的电阻电容参数

设计实例

➡ 一个简单的同步降压 buck 电路(电压型)

设计实例

 ➡ 步骤1：收集系统参数

设计实例

 ➡ 步骤2：确定功率级的零极点

设计实例

 ➡ 步骤3：确定穿越频率和补偿器的类型

根据采样定理，穿越频率 (fc) 必须小于开关频率的1/2，但实际上穿越频率必须远小于开关频率的1/2，否则在输出中将会有很大的开关纹波。这里开关频率为 200k，我们选择穿越频率 20KHz(1/10开关频率)。

因为 fpo

设计实例

 ➡ 步骤4：确定所需要的补偿器的零极点

设计实例

 ➡ 步骤5：计算实际的电阻电容参数

设计实例

 ➡ 补偿器的 bode 图

设计实例

 ➡ 系统开环 bode 图

模拟控制的电源-----s 域(连续)

数字控制的电源-----z 域(离散)

数字控制的电源设计方法

 ➡ (直接/间接)

环路分析仪

 ➡ 环路设计最给力的助手

➡ 简介：Mathcad 是一种交互式数值计算系统，当输入一个数学公式、方程组、矩阵等，计算机将直接给出计算结果，而无须去考虑中间计算过程，就像打草稿一样简单，是一种“所见即所得”的计算工具。因而 MathCad 在很多科技领域中承担着复杂的数学计算，图形显示和文档处理，是工程技术人员不可多得的有力工具。

Mathcad 有五个扩展库，分别是求解与优化、数据分析、信号处理、图像处理和小波分析。

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前面的环路设计实例就是利用 Mathcad 完成，整个环路设计过程就是一个数学计算，将复杂的数学运算交给 Mathcad 去解决吧！

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