开关电源的建模和环路补偿设计方案

补偿 R/C 值与负载阶跃瞬态响应

前一节讲述了 II 型补偿网络在频率域的表现。在一个闭合环路电源设计中，一个重要的性能参数是负载升高 (负载下降) 瞬态时电源的输出电压下冲 (或过充)，这个参数通常直接受环路补偿设计的影响。

1）CTH 对负载阶跃瞬态的影响。CTH 影响低频极点 fpo 和零点 fz1 的位置。如图 28 所示，CTH 越小，转移函数 A(s) 的低至中频增益能越高。结果，这有可能缩短负载瞬态响应达到稳定的时间，而对 VOUT 下冲 (或过冲) 幅度没有很大影响。另一方面，CTH 越小，意味着 fz1 频率越高。这有可能在目标交叉频率 fC 处因 fz1 升高而减少增加的相位。

图 28：CTH 对转移函数和负载瞬态的影响

2）RTH 对负载阶跃瞬态的影响。图 29 显示，RTH 影响零点 fz1 和极点 fp2 的位置。更重要的是，RTH 越大，fz1 和 fp2 之间的 A(s) 增益就越高。因此 RTH 增大会直接提高电源带宽 fc，并在负载瞬态时降低 VOUT 的下冲 / 过冲。然而，如果 RTH 太大，电源带宽 fc 可能过高，相位裕度就不够了。

图 29：RTH 对转移函数和负载瞬态的影响

3) CTHP 对负载阶跃瞬态的影响。图 30 显示，CTHP 影响极点 fp2 的位置。CTHP 用作去耦电容器，降低 ITH 引脚的开关噪声，以最大限度减小开关抖动。如果电源带宽 fc > fp2，那么 CTHP 对负载瞬态影响就不太大。如果 CTHP 设计过度，导致 fp2 靠近 fc，那么它就可能减小带宽和相位裕度，导致瞬态下冲 / 过冲增大。

图 30：CTHP 对转移函数和负载瞬态的影响

用 LTpowerCAD 设计工具设计一个电流模式电源

通过 LTpowerCAD 设计工具，用户可以非常容易地设计和优化凌力尔特电流模式电源的环路补偿及负载瞬态性能。很多凌力尔特产品都可用其环路参数准确地建模。首先，用户需要先设计功率级，在这一步，他们需要设计电流检测网络，确保为 IC 提供足够的 AC 检测信号。之后，在环路设计页面，用户可以通过简便地移动滑动条，观察总体环路带宽、相位裕度和相应的负载瞬态性能，依此调节环路补偿 R/C 值。就一个降压型转换器而言，用户通常需要设计低于 1/6 fSW 的带宽，有至少 45° (或 60°) 的相位裕度，在 ½ fSW 处至少有 8dB 的总体环路增益衰减。就一个升压型转换器而言，由于存在右半平面零点 (RHPZ)，所以用户需要设计低于最差情况 RHPZ 频率 1/10 的电源带宽。LTpowerCAD 设计文件可以输出到 LTspice 进行实时仿真，以检查详细的电源动态性能，例如负载瞬态、加电 / 断电、过流保护 … 等等。

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