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點擊標題下「MPS芯源系統」可快速關注

上期回顧：淺析MPS DrMOS如何與多相控制器交互電流信息

本期內容

今天小編跟大家探討一些關于Buck電路的傳遞函數的純理論知識~

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我們很容易觀察到這樣的現象：把一個圓球放在山尖尖上，稍微施加一點擾動，哪怕微風徐徐，它也很容易滑下山坡。當把這個圓球放在山谷，即使擾動很大，不管風吹雨打，它也巋然不動。

所以我們會說石頭放在山谷里，比放在山尖尖上更加穩定。

而電源的穩定如何比較呢？其實道理也差不多，看擾動對系統工作的影響大不大。

電源里的擾動基本上是輸入和負載的變化，而為了減小擾動對輸出電壓的影響，我們需要引入反饋的環節，來進行閉環控制。一個控制系統，通常由被控對象、傳感器、控制器構成：傳感器將輸出反饋至輸入端，比較器將反饋量與給定值比較后生成誤差值送入控制器，控制器產生調節量送入被控對象，從而實現對輸出信號的準確控制。

圖1 控制系統框圖

對于這個控制系統來說：

斷開系統的反饋通路，以反饋信號B(s)作為輸出、誤差信號E(s)作為輸入而確定的傳遞函數，稱為該系統的開環傳遞函數。需要注意的是，開環傳遞函數并非字面意義上開環控制系統的傳遞函數。

描述輸出信號C(s)與輸入信號R(s)之間關系的傳遞函數，稱為該系統的閉環傳遞函數。

閉環傳遞函數的分母表達式稱為系統的特征式，令該特征式為0，即可得到該系統的特征方程，特征方程的解即為系統閉環傳遞函數的極點，反映了該閉環控制系統的本質特征，而由特征方程表達式可以看出，閉環系統穩定性實則與系統開環傳遞函數息息相關。因此我們需要探究系統的開環傳遞函數。

對于Buck電路，我們可以拆解成幾個級聯的模塊：脈寬調制比較器、開關網絡、LC濾波器、分壓反饋電路、誤差放大器及其補償網絡。誤差放大器及其補償網絡組成其實也是由兩部分構成：做差和補償。但是實際應用中反饋信號是加在誤差放大器的反向輸入端的，二者功能合一。

圖2 Buck控制系統拆解

01誤差放大器及其補償網絡

根據使用的是傳統運算放大器還是跨導運算放大器，其傳遞函數形式也不同。在控制環路中，我們只關注變化或者擾動，而不關注直流值。

傳統運算放大器是一個單純的電壓放大器件，從交流的角度來說，反饋傳遞函數H(S) =-Z2/Z1，與RF2無關。這就是為什么我們看到很多DCDC芯片調節輸出電壓都是建議用戶固定上分壓電阻的數值，改變下分壓電阻。

圖3 傳統運算放大器

跨導運算放大器是一個電壓到電流的放大器件，如果兩個引腳之間存在電壓差，會轉換成輸出引腳上的電流變化量，電流×Z2(S)得到V_COMP。同樣，由于是交流分析，我們可以把Vref忽略掉，反饋傳遞函數如圖上所示，使用跨導運算放大器的芯片反饋傳遞函數與RF2有關。

圖5 跨導運算放大器

如果以II型補償計算為例，傳統運算放大器的反饋傳遞函數HS和跨導運算放大器的傳遞函數分別如圖所示。

脈寬調制器

下面我們來看脈寬調制器的傳遞函數GPWM是如何得來的，從電路上來看，PWM脈寬調制器其實是一個比較器，它的一個輸入是控制信號V_COMP，由前面的誤差放大器產生。另一個輸入是RAMP，電壓模式由內部時鐘產生，電流模式由電流斜坡產生。通過比較V_COMP和RAMP這兩個信號，輸出PWM信號驅動開關管。