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开关电源环路学习笔记(一)-为啥要知道传递函

作者:gz_jamie    来源:未知    发布时间:2022-06-23 07:37    浏览量:

  做硬件都会接触到开关电源,或多或少会接触到环路补偿。很多兄弟们也提出来让我说说这个,说明大家也都很关心,也说明这个好像有点难。

  就我个人而言,我也想搞明白环路这一块,也查了一些资料,视频,不过说实话,一直都还是懵的,感觉很困难。

  具体感觉就是,看资料或视频的时候,感觉好像是那么回事。但是撇开之后,就又云里雾里的感觉,总有一些想法没有找到答案。

  我看的很多资料,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。

  就是当我们说明某一件事情时,大家先有一个共识,有一个共同的基础,然后在这个基础共识上面进一步扩展,得到一个新的结论。但是如果没有共同的基础,那很容易就成了鸡同鸭讲了。

  举个简单的例子,比如一个直角三角形,如果说两直角边分别长3和4,那么斜边长度就是5,大家对这个应该都没有什么疑问。没有疑问的原因就是因为我们有一个基本的共识,那就是勾股定理。如果一个不知道勾股定理的人,可能就会问,你凭啥说斜边是5,他就是不懂的。

  环路之所以难懂,我觉得应该是基础共识太高了,一般人都不知道,而讲的人又不管你知不知道这个基础共识,所以就出现了似懂非懂,看不明白的情况。

  我目前的想法是,尽量从一个比较低的起点,大家都知道的共识,一步一步搞明白环路,这样大多数人就都能明白了,我自己也能理解得更加透彻。

  为啥说要自然要知道传递函数呢?为了照顾下没啥基础的兄弟,我还是先来说一说传递函数是什么,有什么用(建立比较低的共识基础)。

  通俗理解就是,在电路应用中,如果我们把一个电路看作黑匣子,它有输入端,有输出端,传递函数就是输出与输入的比值。需要注意,这个电路得是一个线性电路。

  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:

  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。

  其实我们用复阻抗的欧姆定律就可以了。电感的阻抗是sL,电容的阻抗是1/sC,电阻的阻抗是R。输出为电容C上面获得的分压,所以输出与输入的比值(即传递函数)为:

  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。

  电阻的阻抗是电阻的阻值,电容的容抗是1/sC,分别代入上面的式子,就可以得到具体传递函数了,也就能画出曲线了,曲线如下图:

  对于我举的例子来说确实如此,下面就是我用放大器构建的电路图,也能画出来,如下图。可以看到,幅频曲线与上面的基本一样。

  其实我觉得这是因为我上面举的例子都是经典电路,滤波器嘛,截止频率啥的都是有现成的公式。而这些公式,其实都是前人分析传递函数总结出来的,所以我觉得掌握了传递函数,才是掌握了根本。

  另外,遇到一个陌生的电路,我们如果有传递函数,也就可以用数学的方法进行分析,求出零极点,也能分析下它的特性,进而知道改变某个参数会带来什么影响。而如果直接上电路仿真,当结果不是你想要的的时候,如何知道改哪个参数呢?很容易瞎改一通。

  本节的内容就到这里了,其实主要说明一个问题,就是我们需要知道传递函数是什么,有什么用。而且也举例如何求解一般电路的传递函数。

  开关电源还真不是线性系统,所以我们求传递函数的时候,需要将其线性化,当然,肯定是指有条件的线性化,需要有一些假设,构建模型,这个过程也是相当的复杂。

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