提升相位裕量的实例设计技巧

由TOPSwitch-JX系列产品中的TOP269EG构成的开关电源，交流输入电压u=85～265V，输出为U_O=19V，I_O=3.42A。电路参见第七章实例七。该电源在反馈环路的增益电阻R₂₁上并联了相位补偿网络R₂₂、C₁₄。改动前的反馈环路及其幅频特性和相频特性曲线分别如图16-34a、b、c所示。幅频特性曲线中的f_P1～f_P3均表示极点频率，图16-34b有两个极点（f_P1、f_P2，简称双极点频率），其中，由C₁₅设定的f_P1=0Hz；由C₁₅、R₁₉和R₁₇设定的f_Z1=100Hz；由TOP269EG内部阻容元件设定的f_P2=7kHz。

图16-34 改动前的反馈环路及其幅频特性曲线和相频特性曲线

a）改动前的反馈环路 b）幅频特性曲线 c）相频特性曲线

(www.xing528.com)

图16-35 改动后的反馈环路及其幅频特性曲线和相频特性曲线

a）改动后的反馈环路 b）幅频特性曲线 c）相频特性曲线

改动后的反馈环路及其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图16-35a、b、c所示。图16-35b有三个极点（f_P1、f_P2和f_P3，简称3极点频率）。f_Z1、f_Z2均表示零点频率，零点频率也可以有一个或几个。其中，由C₁₅设定的f_P1=0Hz；由C₁₅、R₂₄和R₂₅设定的f_Z1=100Hz；由R₂₁、R₂₂和C₁₄设定的f_Z2=f_C，f_C为交越频率，它表示当总的开环增益为1（即0dB）时所对应的频率，交越频率必须小于开关频率的1/10。由TOP269EG设定的f_P2=7kHz。由R₂₁、R₂₂和C₁₄设定的f_P3=10f_C。增加R₂₂、C₁₄之后，相频特性曲线上的相位差从90°提高到135°，即提高了45°。通过上述改动，可使波特图上总的相位裕量提升30°，从而提高了反馈环路的稳定性。开关电源的波特图可通过频率响应分析仪进行测量。

需要指出，将R₂₂、C₁₄网络与原增益电阻R₂₁并联后，在低频段对R₂₁没有影响；但当超过f_C后，C₁₄的容抗不断减小，对R₂₁的并联作用越来越明显，使总电阻值减小，反馈环路的增益变高。这也反映到图16-35b中，在f_C-10f_C频段的幅频特性曲线在一定程度上得到了提升。