开关电源的稳定性设计(3)

　　4．5 测量设备

　　波特图的测量设备如下：

　　(1)一个可调频率的振荡器V3，频率范围从10Hz(或更低)到50kHz(或更高)；

　　(2)两个窄带且可选择显示峰值或有效值的电压表V1和V2，其适用频率与振荡器频率范围相同；

　　(3)专业的增益及相位测量仪表。

　　测试点的选择：理论上讲，可以在环路的任意点上进行伯特图测量，但是，为了获得好的测量度，信号注入节点的选择时必须兼顾两点：电源阻抗较低且下一级的输入阻抗较高。而且，必须有一个单一的信号通道。实践中，一般可把测量变压器接入到图4或图5控制环路中接入测量变压器的位置。

　　图4中T1的位置满足了上述的标准。电源阻抗(在信号注入的方向上)是电源部分的低输出阻抗，而下一级的输入阻抗是控制放大器A1的高输入阻抗。图5中信号注入的第二个位置也同样满足这一标准，它位于图5中低输出的放大器A1和高输入阻抗的脉宽调制器之间。

　　5 最佳拓扑结构

　　无论是国外还是国内DC／DC电源线路的设计，就隔离方式来讲都可归结为两种最基本的形式：前置启动+前置PWM控制和后置隔离启动+后置PWM控制。具体结构框图如图6和图7所示。

　　国内外DC／DC电源设计大多采用前置启动+前置PWM控制方式，后级以开关形式将采样比较的误差信号通过光电耦合器件隔离传输到前级PWM电路进行脉冲宽度的调节，进而实现整体DC／DC电源稳压控制。如图6所示，前置启动+前置PWM控制方式框图所示，输出电压的稳定过程是：输出误差采样→比较→放大→光隔离传输→PWM电路误差比较→PWM调宽→输出稳压。Interpoint公司的MHF+系列、SMHF系列、MSA系列、MHV系列等等产品都属于此种控制方式。此类拓扑结构电源产品就环路稳定性补偿设计主要集中在如下各部分：

　　(1)以集成电路U2为核心的采样、比较电路的环路补偿设计；

　　(2)以前置PWM集成电路内部电压比较器为核心的环路补偿设计；

　　(3)输出滤波器设计主要考虑输出电压／电流特性，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时仅供参考；

　　(4)其它部分如功率管驱动、主功率变压器等，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时可以不必考虑。

　　而如图7所示，后置隔离启动+后置PWM控制方式框图，输出电压的稳定过程是：输出误差采样→PWM电路误差比较→PWM调宽→隔离驱动→输出稳压。此类拓扑结构电源产品就环路稳定性补偿设计主要集中在如下各部分：

　　(1)以后置PWM集成电路内部电压比较器为核心的环路补偿设计；

　　(2)输出滤波器设计主要考虑输出电压／电流特性，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时仅供参考。

　　(3)其它部分如隔离启动、主功率变压器等，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时可以不必考虑。

　　比较图6和图7控制方式和环路稳定性补偿设计可知，图7后置隔离启动+后置PWM控制方式的优点如下：

　　(1)减少了后级采样、比较、放大和光电耦合，控制环路简捷；

　　(2)只需对后置PWM集成电路内部电压比较器进行环路补偿设计，控制环路的响应频率较宽；

　　(3)相位裕度大；

　　(4)负载瞬态特性好；

　　(5)输入瞬态特性好；

　　(6)抗辐照能力强。实验证明光电耦合器件即使进行了抗辐照加固其抗辐照总剂量也不会大于2x104Rad(Si)，不适合航天电源高可靠、长寿命的应用要求。

　　6 结语

　　开关电源设计重点有两点：一是磁路设计，重点解决的是从输入到输出的电压及功率变换问题。二是稳定性设计，重点解决的是输出电压的品质问题。开关电源稳定性设计的好坏直接决定着开关电源启动特性、输入电压跃变响应特性、负载跃变响应特性、高低温稳定性、生产和调试难易度。将上述开关电源稳定性设计方法和结论应用到开关电源的研发工作中去，定能事半功倍。