开关电源控制环路设计

《开关电源控制环路设计》共分九章，系统阐述了开关电源的控制环路设计和稳定性分析。第1～3章介绍了环路控制的基础知识，包括传递函数、零极点、稳定性判据、穿越频率、相位裕度、增益裕度以及动态性能等；第4章介绍了多种补偿环节的设计方法；第5～7章分别介绍了基于运放、跨导型运放以及TL431的补偿电路设计方法，将理论知识与实际应用密切关联；第8章介绍了基于分流调节器的补偿器设计；第9章介绍了传递函数、补偿环节与控制环路伯德图的测试原理和方法。本书将电源环路控制的知识点进行了系统的汇总和归纳，实用性强，是一本非常的电源控制环路设计的著作。

《开关电源控制环路设计》适合电源工程师、初步具备电力电子技术或者开关电源基础的读者，可以较为系统地了解开关电源控制环路设计的理论知识、分析方法、工程实践设计以及测试分析等，在工程实践的基础上，大大提高理论分析水平和设计能力。《开关电源控制环路设计》也可作为电力电子与电力传动相关学科研究生的教学参考用书。

目录

译者序

原书序

前言

致谢

本书所用的变量和缩略语

本书运算中的数字和前缀

第1章环路控制基础

11开环系统

111扰动

12控制的必要性——闭环系统

13时间常数的概念

131时间常数的应用

132比例环节

133微分环节

134积分环节

135比例积分微分环节

14反馈控制系统的性能

141暂态或稳态

142阶跃信号

143正弦信号

144伯德图

15传递函数

151拉普拉斯变换

152激励和响应信号

153一个简单的范例

154组合传递函数的伯德图

16总结

精选参考书目

第2章传递函数

21传递函数的表示

211正确书写传递函数

2120dB穿越极点

22根的求解

221观察法找极点和零点

222极点、零点和时间常数

23动态响应和根

231根的变化

24s平面和动态响应

241复平面上的根轨迹

25右半平面的零点

251一个两步转换过程

252电感电流斜率的限制

253使用平均模型来显示RHP零点效应

254Boost变换器的右半平面零点

26结论

参考文献

附录2A确定桥式输入阻抗

附录2B使用Mathcad绘制埃文斯轨迹

附录2C亥维赛展开公式

附录2D使用SPICE画出右半平面零点

第3章控制系统的稳定性判据

31建立一个振荡器

311工作原理

32稳定性判据

321增益裕度和条件稳定

322最小和非最小相位系统

323奈奎斯特图

324从奈奎斯特图中提取基本信息

325模值裕度

33动态（暂态）响应、品质因数和相位裕度

331二阶RLC电路

332二阶系统的瞬态响应

333相位裕度和品质因数

334开环系统相位裕度测量

335开关变换器的相位裕度

336变换器的控制延时

337拉普拉斯域中的延时

338延时裕度与相位裕度

34选取穿越频率

341简化的Buck电路

342闭环下的输出阻抗

343穿越频率处的闭环输出阻抗

344缩放参考值以获得所需要的输出

345进一步提高穿越频率

35总结

参考文献

第4章补偿

41PID  补偿

411拉普拉斯域的PID表达式

412PID补偿器的实际实现

413PI补偿器的实际实现

414PID在Buck变换器中的应用

415具有PID补偿的Buck变换器瞬态响应

416设定值固定：调节器

417具有谐振峰的输出阻抗响应曲线

42基于零极点配置补偿变换器

421简易参数设计步骤

422被控对象传递函数

423积分环节消除静态误差

424积分调节器：1型补偿器

425穿越频率处相位补偿

426配置极点和零点进行相位补偿

427用一对零/极点实现90°相位提升

428用一对零/极点调整中频段增益：2型补偿器

4292型补偿器的设计实例

4210使用双重零/极点对实现180°的相位提升

4211使用双重零/极点调整中频段增益：3型补偿器

42123型补偿器的设计实例

4213选择合适的补偿器类型

4214用于Buck变换器的3型补偿器

43输出阻抗整形

431使输出阻抗呈阻性

44结论

参考文献

附录4A利用快速分析技术得到Buck变换器的输出阻抗

附录4B根据伯德图的群延时计算品质因数

附录4C利用仿真或者数学求解器来获得相位

附录4D开环增益和原点处极点对基于运算放大器的传递函数的影响

附录4E补偿器结构小结

第5章基于运算放大器的补偿器

511型补偿器（原点极点补偿）

511设计实例

522型补偿器：一个原点处极点，以及一个零极点对

521设计实例

532a型补偿器：原点处极点和一个零点

531设计实例

542b型补偿器：静态增益和一个极点

541设计实例

552型补偿器：基于光电耦合器隔离的结构形式

551光电耦合器与运算放大器直接连接，光电耦合器采用共发射极接法

552设计实例

553光电耦合器与运算放大器直接连接，光电耦合器采用共集电极接法

554光电耦合器与运算放大器直接连接，共发射极接法和UC384X连接

555光电耦合器与运算放大器采用有快速通道的下拉接法

556设计实例

557光电耦合器与运算放大器采用有快速通道的下拉接法，共发射极接法

和UC384X

558光电耦合器与运算放大器采用无快速通道的下拉接法

559设计实例

5510光电耦合器与运算放大器在CCCV双环控制中的应用

5511设计实例

562型补偿器：极点和零点重合，简化成隔离型1型补偿器

561设计实例

572型补偿器：略有不同的结构形式

583型补偿器：原点处极点和两个零/极点对

581设计实例

593型补偿器：基于光电耦合器隔离的结构形式

591光电耦合器与运算放大器直接连接，光电耦合器采用共集电极接法

592设计实例

593光电耦合器与运算直接连接，光电耦合器采用共发射极接法

594光电耦合器与运算放大器直接连接，共发射极接法和UC384X连接

595光电耦合器与运算放大器采用有快速通道的下拉接法

596设计实例

597光电耦合器与运算放大器采用无快速通道的下拉接法

598设计实例

510结论

参考文献

附录5A图片汇总

附录5B使用k因子自动计算元件参数

附录5C光电耦合器

第6章基于跨导型运算放大器的补偿器

611型补偿器：原点处极点

611设计实例

622型补偿器：原点处极点与一个零极点对

621设计实例

63光电耦合器与OTA：一种缓冲的连接方式

631设计实例

643型补偿器：原点处极点与两个零极点对

641设计实例

65结论

附录6A图片汇总

第7章基于TL431的补偿器

71集成内部基准的TL431工作原理

711参考电压

712偏置电流

72TL431的偏置对增益的影响

73另一种TL431的偏置方式

74TL431的偏置：取值限制

75快速通道

76禁用快速通道

771型补偿：一个原点处极点，共发射极连接

771设计实例

781型补偿：共集电极配置

792型补偿：一个原点处的极点以及一个零/极点对

791设计实例

7102型补偿器：共发射极结构与UC384X配合

7112型补偿器：共集电极结构与UC384X配合

7122型补偿器：禁用快速通道

7121设计实例

7133型补偿器：原点处极点和两个零/极点对

7131设计实例

7143型补偿器：原点处极点和两个零/极点对，无快速通道

7141设计实例

715交流小信号响应的测试

716基于稳压管的隔离型补偿器

7161设计实例

717基于稳压管的非隔离型补偿器

718基于稳压管的非隔离型补偿器：低成本实现方法

719总结

参考文献

附录7A图片汇总

附录7B第二级LC滤波器

第8章基于分流调节器的补偿器

812型补偿：一个原点处极点加一个零/极点对

811设计实例

823型补偿：一个原点处极点加两个零/极点对

821设计实例

833型补偿：一个原点处极点加两个零点/极点对——无快速通道

831设计实例

84基于稳压管的隔离型补偿器

841设计实例

85结论

参考文献

附录8A图片汇总

第9章系统测量与设计实例

91测量控制系统的传递函数

911有偏置点损耗的开环方法

912无偏置点损耗的功率级传递函数

913系统仅在交流输入下处于开环状态

914注入点处的电压变化

915注入点处的阻抗

916缓冲

92设计实例1：正激直流直流变换器

921参数变迁

922电气原理图

923提取功率电路传递函数的交流响应

924变换器的补偿器设计

93设计实例2：线性稳压器

931获取功率电路的传递函数

932穿越频率的选择和补偿器的设计

933瞬态响应测量

94设计实例3：CCM电压模式升压变换器

941功率电路传递函数

942变换器的补偿器设计

943绘制环路增益的伯德图

95设计实例4：原边调节的反激式变换器

951传递函数推导

952验证等式

953稳定变换器

96设计实例5：输入滤波器补偿

961负增量阻抗（负输入阻抗）

962建立振荡器

963振荡抑制

97结论

参考文献

后记