[发明专利]一种基于频域分析的电源设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源设计领域，尤其涉及一种基于频域分析的电源设计方法。

背景技术

随着自动控制理论应用的日益成熟，自动控制原理也越来越多的应用到电源控制IC等集成电路当中，这使得开关电源在稳定性方面得到了保障。虽然，市场上已经出现了内部补偿的电源IC产品,但是还没有达到普及的程度，而且价钱比较昂贵，因此市场上很多电源IC还采用的是外部补偿线路的方式。外部补偿线路调节的电源IC的存在，说明了在考虑到性价比的情况下，还是具有很多优势的，所以现在主流的电源方案还是采用外部补偿的方式。令人担忧的是，通过对市场上诸多电源产品进行网络分析后，发现有很多存在稳定性不好，性能差，效率低等问题。那么，找到一种能够提高电源开发效率，增强电源稳定性控制，降低电源功耗的可视化电源设计方法，就成了广大电源工程师亟待解决的问题。以往，工程师都是通过自己的多年经验来调节电源补偿参数，而且往往调起来耗时长，效率低，最后得到的结果也不一定就能达到满足量产的要求，一旦到了量产阶段，一些隐藏的问题放大后就会显现出来。例如，穿越频率点过低过高造成的系统不稳定问题，热损耗严重的问题，效率低，响应慢，phase波形过冲，纹波大。

传统的电源设计方法通常按照如下分析过程：

第一步，调节器开环传函模块：

参阅附图1，其为电路原理图，在附图1中，分为两个模块：调节器和compensator。调节器模块属于执行机构，它的工作原理是：补偿的误差放大器的输出作为PWM比较器的同相输入端的输入信号来和OSC进行比较输出一定频率的PWM波形。在调节器的bode图中有一个很关键的参数点，双极点。双极点是根据输出滤波电路：Lout和Cout的大小来决定的。根据公式：

fLC=12πLOUT×COUT]]>

从公式中可以看出增大感量和输出电容都会增大我们的f_LC。因为我们在选取第一零点位置的时候，大概会让Z1＝0.25*f_LC；我们提高了f_LC的频率就间接的提高了Z1的频率。我们还有另外一个公式是：fc*fc＝Z1*P1；从公式中可以看出在P1确定的情况下提高Z1可以提高fc，也就是提高我们的穿越频率点，这就是为什么我们要选取尽量大的f_LC频率点的原因。P1不是确定的点，P1是和误差放大器补偿有关的参数，P1的选取是有上限的，过大的P1会使补偿不稳定。f_LC根据负载的design guide会有一个推荐的标准。

在调节器中第二个关键的点就是ESR点，这一点是一个斜率变化的分界点。从f_LC到ESR这段是按照-40db/十倍频程的衰减速率。ESR之后变成-20db/十倍频程，因此，我们选择穿越频率点的时候要尽量大于ESR点，如果小于ESR点，那么补偿是很难调节的。

根据公式：

FESR=12π×ESR×COUT]]>

其中ESR为bulk电容并联的等效电阻，5mΩ；ESR决定了系统的稳定情况；原则上是越小越好；FESR在bode图上对应的是调节器的零点位置，ESR越小，f_ESR越大，这样有利于提高穿越频率。

第二步，误差放大器补偿环路调节：