开关电源环路学习

关于下面一些开关电源环路的问题，你是否也有过？

1、 开关电源有开关，根本就不是一个线性系统，传递函数是咋弄出来的？
2、 系统环路框图的输入量为什么不是 Vin，而是参考电压 Vref？参考电压不是固定的吗？
3、 穿越频率为什么要低于开关频率？并且是它的几分之一？

很多资料大都是这样的：上来就列出传递函数，包括功率级和补偿级，然后一型，二型补
偿，画出对应的波特图，相位等，然后给出一些结论，再举一些实际计算的例子。
总之，看完总不觉得不那么清晰，你要说不会吧，我照着套公式自然好像还行。但是你要说会吧，我
觉得我是不会的。

之所以看不懂是有原因的，首先一点就是 基础的问题 没有弄明白，比如什么是传递函数，放大器有哪些特点，一般的电源有哪几个部分组成，那些是线性系统，

那些是非线性系统？

用处是什么？

 如果我们知道了一个系统的传递函数为 H(s)，那么，根据 H(s)=Vout(s)/Vin(s)，就可以得到输出表达
式：Vout(s)=H(s)*Vin(s) 

 可以看到，这个式子的自变量是频率，也就是说任意一个频率的正弦信号输入到这个系统，我们都可
以通过这个式子计算出输出信号。
另外一方面，无论我们的电信号有多复杂，多不规律，都可以通过傅里叶变换来分解成为各种正弦波
信号的叠加。
从前面传递函数的定义知道，这个传递函数只适用于线性系统，而线性系统满足叠加原理。也就说我
们可以把输入信号通过傅里叶变换分解为各种正弦波，分别通过这个系统，然后把各个输出信号加起来 

 （叠加），就是输出信号了。
所以， 这个式子的意义就是：任何一个信号通过这个系统，都可以通过这个公式算出来输出长什么样
子。 计算过程有点复杂，不过对于计算机来说，那都不是事儿。
需要说明一点的是，我们并不经常分析一个具体的信号通过系统，而是直接分析传递函数，画出对应
的波特图，还有相位曲线。通过看图我们就能很直观的明白这个系统的特性了。 

 我们知道， s=jw，所以这个函数是个复数，有实部和虚部。我们求这个
我们通过这个传递函数，可以借助一些仿真软件，很容易就能画出幅频和相频曲线 

下面是：上述电路图仿真结果

 很容易看出这是一个低通滤波器了，不过这个例子太简单，不画曲线也知道。下面再举一个稍微复杂
一点的例子。 

例子二：

 如果没用过，很难看出来，不过这没关系，只要我们了解放大器的“虚短”和“虚断“，求出传递函数并不复杂。
过程如下，过程并不是重点，可以跳过 

 可以看出来，这是个带通滤波器 。

 整个系统结构主要有 4 个部分：
1、采样网络
2、放大和补偿器
3、脉冲调制器
4、开关变换器

采用网络
采样网络一般就是指 FB 上面的两个分压电阻，采样网络的输入是电源的输出 Vo，采样网络的输出是
FB 的电压，很明显，它们是线性的。
比如下面 buck 芯片 MP1484 电路，这一级的传递函数都能很容易写出来，是线性的。

 

放大和补偿器
放大和补偿器要稍微复杂一点，我们可以打开 MP1484 的内部框图看看。 
 

 放大器工作在线性放大区，那就是线性的，补偿电路一般是阻容 RC 补偿，这一级没有非线性器件，
所以这一级也是线性的。 

 

 脉冲调制器
脉冲调制器可能看着有点不好处理。
因为前面不论是采样网络，还是放大和补偿器，它们的输入和输出都是电压信号，且都是模拟量。而
这个东西，将输入的模拟电压信号搞成 PWM 波了，我们总不至于说 PWM 波和前面的模拟量是线性关系
吧（可以通俗理解线性关系就是比例关系）。
所以，如果看输入和输出的电压比例关系，脉冲调制器这一级就不是线性的。这一点应该很明白， 如
果是线性的，输入是正弦波，那么输出一定正弦波，不会产生新的频率成分。 

 

所以，如果看输入和输出的电压比例关系，脉冲调制器这一级就不是线性的。这一点应该很明白， 如
果是线性的，输入是正弦波，那么输出一定正弦波，不会产生新的频率成分。 

先看看这个 PWM 是如何产生的？
从放大和补偿器出来的信号，我们取个名字加 Vc(t)吧，它是时间的函数。 Vc(t)与芯片内部产生的锯
齿波做比较，就能得到 PWM 波。 

 

 产生 PWM 的原理如下：
1、某一时刻 Vc（t）大于锯齿波的电压，那么输出高
2、某一时刻 Vc（t）小于锯齿波的电压，那么就输出低