BUCK开关电源的环路分析(一)

上一篇我们探讨了BUCK的输出在开环和闭环条件下的输出情况。这一篇，在上一篇的基础上继续探讨BUCK的环路问题。

使用PSIM软件，我们可以通过其AC扫描功能得到目标电路的交流特性。PSIM的AC扫描可以直接得出伯德图，方便我们直接观察，而无需进行复杂的传递函数运算。

使用方法：点击View → Library Browser可以得到以下对话框，在Find框中写入“AC”，在搜索结果中选择AC Sweep Probe和AC Sweep到原理图中。

好了，介绍了AC扫描需要的器件的获取方法，下面我们开始进行BUCK的AC扫描分析。我们先看主功率拓扑部分开环的AC扫描。

扫描结果如下：

从此伯德图中，我们可以看出，在主功率拓扑开环裸跑情况下，穿越频率为1kHz左右，此时的相位为-128°。下面我们开始加入环路控制设计。

对于开关频率为100kHz的开关电源系统，根据经验，我们一般设置穿越频率为开关频率的1/10 ~ 1/20，这里我们选择穿越频率为开关频率的1/20，即5kHz。

上一篇我们设计的二阶响应的CCM电压模式工作的BUCK开关电源，适合于其环路补偿的为放大器类型三。放大器类型三的模型如下：

放大器类型三有3个极点以及2个零点：

fp0为原点处的极点，在此之前应放置一个零点，以抵消增益和相位的衰减，在fp0附近再放置一个零点，提升增益和相位，使低频处增益够大，使低频纹波衰减到足够小，除此之外，还能使穿越频率处有足够的相位裕量；在设置的穿越频率的1/2附近放置一个极点，开始降低增，使得能在设计的穿越频率处增益降至0dB，再在穿越频率处放置一个极点使增益加快衰减速度，降低高频噪声影响。

通过上述环路设计思想，我们取如下环路参数：

可得环路补偿相位如下所示：

补偿后的环路加入拓扑：

AC扫描后得到如下伯德图：

从该伯德图可以看到，实际穿越频率为5.7kHz左右，相位裕量约40°。

输入电压改变:12V→24V→14V，输出响应如下：

输出负载变化：0.2A→2A→1A，输出响应如下：

以上是通过观察主功率拓扑开环裸跑得到的伯德图特点，然后手动放置零极点得到相应的增益和相位得到的环路补偿，这种方法要多次试凑，比价费时。下一篇我将介绍一种通过公式直接计算出环路的参数的方法。