[發明專利]一種基于頻域分析的電源設計方法

在審

• 申請號: 201410386810.5
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104181820A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 林坤杰
• 申請（專利權）人: 深圳市杰和科技發展有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G01R31/40
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 馮筠

技術領域

本發明涉及電源設計領域，尤其涉及一種基于頻域分析的電源設計方法。

背景技術

隨著自動控制理論應用的日益成熟，自動控制原理也越來越多的應用到電源控制IC等集成電路當中，這使得開關電源在穩定性方面得到了保障。雖然，市場上已經出現了內部補償的電源IC產品,但是還沒有達到普及的程度，而且價錢比較昂貴，因此市場上很多電源IC還采用的是外部補償線路的方式。外部補償線路調節的電源IC的存在，說明了在考慮到性價比的情況下，還是具有很多優勢的，所以現在主流的電源方案還是采用外部補償的方式。令人擔憂的是，通過對市場上諸多電源產品進行網絡分析后，發現有很多存在穩定性不好，性能差，效率低等問題。那么，找到一種能夠提高電源開發效率，增強電源穩定性控制，降低電源功耗的可視化電源設計方法，就成了廣大電源工程師亟待解決的問題。以往，工程師都是通過自己的多年經驗來調節電源補償參數，而且往往調起來耗時長，效率低，最后得到的結果也不一定就能達到滿足量產的要求，一旦到了量產階段，一些隱藏的問題放大后就會顯現出來。例如，穿越頻率點過低過高造成的系統不穩定問題，熱損耗嚴重的問題，效率低，響應慢，phase波形過沖，紋波大。

傳統的電源設計方法通常按照如下分析過程：

第一步，調節器開環傳函模塊：

參閱附圖1，其為電路原理圖，在附圖1中，分為兩個模塊：調節器和compensator。調節器模塊屬于執行機構，它的工作原理是：補償的誤差放大器的輸出作為PWM比較器的同相輸入端的輸入信號來和OSC進行比較輸出一定頻率的PWM波形。在調節器的bode圖中有一個很關鍵的參數點，雙極點。雙極點是根據輸出濾波電路：Lout和Cout的大小來決定的。根據公式：

fLC=12πLOUT×COUT]]>

從公式中可以看出增大感量和輸出電容都會增大我們的f_LC。因為我們在選取第一零點位置的時候，大概會讓Z1＝0.25*f_LC；我們提高了f_LC的頻率就間接的提高了Z1的頻率。我們還有另外一個公式是：fc*fc＝Z1*P1；從公式中可以看出在P1確定的情況下提高Z1可以提高fc，也就是提高我們的穿越頻率點，這就是為什么我們要選取盡量大的f_LC頻率點的原因。P1不是確定的點，P1是和誤差放大器補償有關的參數，P1的選取是有上限的，過大的P1會使補償不穩定。f_LC根據負載的design?guide會有一個推薦的標準。

在調節器中第二個關鍵的點就是ESR點，這一點是一個斜率變化的分界點。從f_LC到ESR這段是按照-40db/十倍頻程的衰減速率。ESR之后變成-20db/十倍頻程，因此，我們選擇穿越頻率點的時候要盡量大于ESR點，如果小于ESR點，那么補償是很難調節的。

根據公式：

FESR=12π×ESR×COUT]]>

其中ESR為bulk電容并聯的等效電阻，5mΩ；ESR決定了系統的穩定情況；原則上是越小越好；FESR在bode圖上對應的是調節器的零點位置，ESR越小，f_ESR越大，這樣有利于提高穿越頻率。

第二步，誤差放大器補償環路調節：