2014 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Class Title Slide 1 C15L11 DPC 数字电源与补偿器数字电源与补偿器 C15L11 DPC幻灯片 2 课程安排 开关电源基础 开关电源转换器基础理论 降压稳压器平均模型 补偿放大器 模拟闭环控制基础 模拟补偿器的数字实现 定点数学计算 数字补偿器实现 电压模式控制 峰值电流模式控制 平均电流模式控制 C15L11 DPC幻灯片 3 开关电源基础 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 4 开关电源基础 假设我们需要为电子设备将高压转换成低 压：有哪些方法可供选择？ 最简单的解决方案是使用分压器 Vout R1 Vin + R2 21 2 * RR R VVinout + = + 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 5 Vout Vin + R1 Q1 Vout Q1 Vin + R1 串联稳压器 并联稳压器 in out V V Eff = 开关电源基础 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 6 Vout n:1 Vin nVinVout 1 *= Vin n:1 整流器 S1 S2 Vout “直流变压器” 非功能原理图！ 开关电源基础 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 7 脉宽调制（PWM）开关电路 PWM信号 VO VS RLOAD + iS SAVGO ON VDV T t D *)(= =占空比 tON T VS VO 0 t VO(AVG) 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 8 PWM控制直流-直流转换器 利用PWM技术可有效控制输出电压（或电流） 只需要在开关网络的输出端添加一个低通滤波器 Vout R1 Vin C1 Vout L1 VinC1 RC低通滤波器LC低通滤波器 无损耗！有损耗！ 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 9 降压直流-直流转换器 降压转换器 VO D1C1 L1 VS + Q1 VO S2 C1 L1 VS + S1 低通 滤波器 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 10 开关电源转换器基础理论 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 11 定义和术语 D1C1 L1 + Q1 拓扑结构 电源系统 PWM 控制系统 + - Vref 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 12 基本直流-直流转换器简介 Vout = f(Vin, D) D1C1 L1 + Q1 VinVout D 基本拓扑结构 衍生拓扑结构 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 13 “稳态分析”原理 + + VOUT IL VOUT IL t )()(tiItirippleLL+= )()(tvVtvrippleOUTOUT+= )(tvVrippleOUT 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 14 dt tdi Ltu L L )( )(= = T Ldttu T0 0)( 1 21AA = + uL iL - uL iL t D*TT A1 A2 uL iL t D*TT A1 A2 A1 A2 “稳态分析”原理 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 15 RLOAD VO C1 L1 VS + Q1 开关导通（DT） v1 RLOAD VO D1 v1 C1 L1 VS + 二极管导通（D2T） 降压拓扑结构 0 0 0 0 VS VO IO IS VS-VO VO v1 iL vL iS DT (1-D)T TT RLOAD VO D1 v1 C1 L1 VS + Q1 降压转换器 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 16 开关电压电感电流 工作模式 CCM 仅适用于同步 整流器（SR） T DT(1-D)T BLM T DT(1-D)T DCM T DTD2T 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 17 二极管导通（(1-D)T） RLOAD VO D1 v1 C1 L1 VS + 开关导通（DT） RLOAD VO v1 C1 L1 VS + Q1 升压拓扑结构 0 0 0 0 VO VO-VS IS IO VS VS-VO v1 iL vL iD DT（1-D）T TT RLOAD VO D1 v1 C1 L1 VS + Q1 升压转换器 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 18 降压-升压拓扑结构 降压-升压转换器 RLOAD VO D1v1 C1 L1 VS + Q1 + - D1 RLOAD VO v1 C1 L1 VS + Q1 + - D1 RLOAD VO v1 C1 L1 VS + Q1 + - 开关导通（DT） 二极管导通（(1-D)T） 0 0 0 0 VO VS IS IO VSVO v1 iL vL iD DT (1-D)T TT 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 19 反激拓扑结构 拆分电感 RLOAD VO D1 C1 L1 VS + Q1 + - RLOAD VO D1 C1 L1 VS + Q1 + - L1 降压-升压转换器 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 20 反激拓扑结构 反激转换器 RLOAD VO D1 C1 L1 VS + Q1 + - L2 RLOAD VO D1 C1 L1 VS Q1 + + - L2 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 21 反激拓扑结构 0 0 0 0 VS+VO/n VS IS IO VS VO/n v1 iL1 vL1 iD DT (1-D)T TT n*iL2 L2的匝数比L1多“n”倍 RLOAD VO D1 C1 L1 VS Q1 + + - L2 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 22 SEPIC（单端初级电感转换器）拓扑结构 两个电感和两个电容 2014 Microchip Technology Incorporated. SEPIC转换器 C1 RLOAD VO D1L1 VS + Q1 L2C2 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 23 SEPIC转换器的稳态分析 C1 RLOAD VO D1 v1 L1 VS + Q1L2C2 v2 C1 RLOAD VO D1 v1 L1 VS + L2C2 v2 L1C1 RLOAD VO v1 VS + L2C2 v2 0 0 0 0 V2 VO+VS IO VSVC1 v1 iL vL1 iD DT (1-D)T TT VO -VS 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 24 L1 - I2R - 磁芯损耗 L1 Q1 - 开关损耗 - 导通损耗 Q1 面向设计的分析 + VS VO CIN D1 Q2 同步整流 - VFD 反向 恢复 RESR ESR COUT RESR ESR 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 25 SMPS设计流程 输入参数 拓扑结构 面向设计的分析 控制策略 控制系统设计 验证 VIN、VOUT和IOUT等 降压和升压等 电流、电压和功率等 PWM、PFM和PWM/PFM等 补偿和稳定性 仿真和原型 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 26 降压稳压器平均模型 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 27 降压稳压器 （不连续导通模式） （连续导通模式） （临界导通） （不连续导通模式） （连续导通模式） 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 28 简易平均模型 D VinVout L C R (Load) abd DonDoff Doff = minimum Vout 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 29 增加复杂度 D VinVout L C R (Load) abd DonDoff Doff = minimum DCR ESR 电感绕组的直流电阻 电容的等效串联电阻 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 30 D VinVout L C R (Load) abd DonDoff Doff = minimum DCR ESR c RDS_ON 增加复杂度 MOSFET 导通电阻 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 31 SPICE模型 ESR DCR 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 32 绘制增益和相位 双极点波特图 单零点波特图 2014 Microchip Technology Incorporated.版权所有。C15L11 DPC幻灯片 33 直流增益 OSCILLATOR S R C D E COMPARATOR ENABLE + - LATCH DRV_OUT (DUTY CYCLE) VC POWER_GND + - VOLTAGE ERROR AMPLIFIER COMPENSATION ZFB COMPENSATION ZIN REF VOUT VOLTAGE MODE: CLOCK RAMP PEAK CURRENT MODE: VOLTAGE ANALOGOUS TO SWITC