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1、 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
2、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
3、 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
4、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
5、 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
6、 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
7、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
8、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
9、 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
10、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
11、 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
12、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
13、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 Incorporat
14、ed.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
15、 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 Incorpo
16、rated.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
