开关电源环路稳定性分析(三)

大家好，这里是大话硬件。在前面的章节中，分析了开关电源为什么需要闭环环路控制，并且得出了开关电源需要稳定可靠，就必须增加环路控制的结论。虽然目前开关电源环路控制的方法很多，但是较常用的是电压控制方式。

这一讲的内容，本应该是开始介绍电压控制方式是如何实现开关电源的闭环控制，但是在这之前，我想需要仿真一个开环的开关电源，对前面两讲的内容进行验证和总结，看看在开环的状态下，开关电源是什么样的。

如果我们设计的闭环回路能解决开环开关电源的不足，那么是不是就能证明闭环控制的必要性以及正确性。

所以，这一节我们以12V转5V，1A电源为例，来搭建这样的开环电源，并分析这个电源的稳定性。仿真软件使用SIMetrix/SIMPLIS。

搭建的仿真电路如下：

仿真结果如下：

查看SW，IL和VOUT的细节如下

测量此时的开关频率为479k，电流平均值为770mA，输出电压为3.3V

很明显和我我们设定的原始参数不一致，初始设定为500K，占空比42%，输出电压为12V，占空比42%，输出应为5V，电流应为1A。

从上面的仿真可以看出，开环的电源，设定的值和实际得到的值并不一样，这也是我们在后面要解决的第一个问题，电压和设计值不一样。在开关电源里面，我们经常说在穿越频率时电源的相位裕度还有多少，下面我们对开环的电源的相位裕度也进行仿真测量。

仿真出来在1~1MHz以内相位都是正的，说明系统不会相位不会到-180°，虽然开关电源是开环的，但是环路是“稳定”的(是有条件的稳定!在此刻!)，所以我们也能仿真出来数值，如果环路不稳定，系统可能都无法达到稳态。

此时可以看到SW，IL，Vout都是稳定的。

如果此时在开环电源上增加一个脉冲型的扰动，如下所示

此时可以看到输出电压连稳定的3V输出都没有，一直在上升，说明系统已经无法稳定在3V。

总结一下：

从上面的仿真的结果可以得出这样几点结论：

(1)开环电源可以“稳定”工作在某个状态，但是受到干扰后，就没法回到本来的状态;

(2)开环电源的结果和我们想要的结果之间存在差异，这种差异是来自于缺乏闭环反馈。

(3)闭环控制环路能解决上面两个开环电源的不足，使电源稳定;

(4)闭环控制环路对外表现出“低通滤波器”的特性，对于高频的干扰有较大的衰减作用;

(5)闭环环路能弥补开源增益裕度和相位裕度，所以带有反馈的闭环环路开关电源能稳定。