一位工程师对环路补偿的计算和仿真分享心得经验

一直以来，环路的计算和补偿都是开关电源领域的“难点”，很多做开关电源研发的工程师要么对环路一无所知，要么是朦朦胧胧，在产品的开发过程中，通过简单的调试来确定环路补偿参数。而这种在实验室里调试出来的参数真的能满足各种实际的使用情况吗？能保证电源产品在高低温的情况下，在各种负载条件下，环路都能够稳定吗?能保证在负载跳变的情况下收敛吗？

太多的未知数，这是产品开发的大忌。我们必须明明白白的知道，环路的稳定性如何?相位裕量是多少?增益裕量是多少?高低温情况下这些值又会如何变化?在一些对动态要求非常严格的场合，我们如何折中考虑环路稳定性和动态响应之间的关系?

有的放矢，通过明确的计算和仿真，我们的产品设计才是科学的，合理的，可靠的。我们的目标是让产品经得起市场的检验，让客户满意，让自己放心。本示例从简单的BUCK电路入手，详细说明了如何进行电源环路的计算和补偿，并通过saber仿真验证环路补偿的合理性。

在频域响应中，我们只考虑一个频点，是否经过开环传递函数之后，该频点的扰动信号回到原处时，幅值不变，相位不变?如果有，在该频点，闭环系统是不稳定的。

所以实际上是求解G(jω)*H(jω)=-1这个等式的解ω，而不是求解特征方程G(S)*H(S)=-1的根，是求解是否有满足以上稳定性判据的特征频点。

至于自动控制理论中的稳定性判据，实际上没有伯德判据，乃奎斯特判据有两种表现形式，一种是通过乃氏曲线判断，一种是通过伯德图判断，很多人就把乃奎斯特判据的伯德图表现形式称之为伯德判据。

另外，在补偿电路的高频段，确实是需要添加极点的，衰减高频信号对环路的影响，一般选择在穿越频率的5倍频之后，以尽量减小对相位裕量的影响。在本示例中，为了简化分析，采用最简单的补偿电路，是为了让大家更容易理解，不想把传递函数写的太复杂。

对于相位裕量选择多少比较合适的问题，其实没有定论，很多参考资料中都选择45°，相位裕量的选择其实是一个折中的结果，取决于产品设计时的实际考虑，但原则上不要低于30°，否则在某些极限情况下很可能出现环路不稳定的情况，而这种极限情况恰恰是产品设计时没有考虑到，在产品实际使用中可能出现的。

环路的补偿设计是一个折中(tradeoff)的过程，需要考虑的因素很多，没有完美的定式和结论，更多的是从工程的角度考虑，如何兼顾静态增益，低频增益(抑制100Hz纹波)，动态响应，稳定性等各方面的关系，很多时候还牵涉到主电路参数设计(影响主电路的零极点)，器件选型(寄生参数可能造成的影响)等方面的工作，所以是一个比较复杂的过程，通常会按下葫芦起了瓢，想做到尽善尽美是不可能的。

幸运的是，我们可以通过计算和仿真，在产品的方案设计阶段，就充分的考虑各种可能的情况，并获得一个可视化的结果，这对于产品的方案设计和论证是至关重要的，可以大大降低系统设计风险，节约可观的时间，人力和物力。