电源系统设计论文

电源系统设计论文

直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。本设计给出的稳压电源的输出电压范围为0～18 V，额定工作电流为0.5 A，并具有"+"、"-"步进电压调节功能，其最小步进为0.05 V，纹波不大于10 mV，此外，还可用LCD液晶显示器显示其输出电压值。
1系统硬件设计

本系统由电源模块、调压模块、D／A转换模块、显示与键盘模块组成，图1所示是该直流数控稳压电源的结构原理框图。

1.1系统电源模块

在图1中，220 V市电经220 V／17.5 V变压器降压后得到的双17.5 V交流电压，经过一个全桥整流后可得到±21 V两路电压，其中一路+21 V电压供给调整管，作为电源对外输出，另一路经三端稳压器7815得到+15 V，再经过7805得到+5 V的电压。-21 V的电压则经三端稳压器MC7915得到-15 V电压，以作为系统本身的工作电源。

1.2电压调整模块

该稳压电源中的电压调整模块电路如图2所示。其中调整管采用复合管形式(由Q1、Q3组成)，以实现大电流输出，由于该设计要求Iomax=0.5 A，Iomin=0 A，Pm=(Vimax-Vomin)Iomax=(18-0)×0.5=9 W，因此，本电路中的调整管可选TIP41(其Icmax=6 A>Iomax=0.5 A；Pcw=65 W>9 W，VCEOmax=100 V>18 V)，当然，也可以选用2N5832。

电路的比较放大采用运放NE5534来设计，该器件具有共模抑制比高，响应速度快和压摆率高的特点。设计时可由R10、R11A、R12组成分压取样电路，并要求R10／(R11A+R12)=1／4，即当输出电压存在△UO=0.05 V时，△Ua=0.04 V，这与DAC的输出(10／255=0.04V=1LSB)变化一致。事实上，经过DAC转换以将电流转换为电压并进行电压放大后，即可将得到的10 V电压送比较器NE54534的同相端作为比较的基准电压。由于DAC0832是8位的D／A转换器，故有255步进。由此，当CPU控制DAC变化1LSB时，其对应Va的变化为0.04 V，故Uout的可调变化量为0.05 V(步长)。NE5534和Q1、Q3及取样电路构成的负反馈电路可实现调节输出电压的目的(稳压)。

电路中的过流保护由R9与02完成。当Io>0.7A时，VR9=R9Io≥1×0.7=0.7 V，此时Q2导通，并对调整管Q3的基极分流，使TIP41的导通电阻增大，输出电压降低，从而达到过流保护的目的。必要时，也可接入一红色发光二极管作为过流指示。该系统的短路保护采用保险管来完成。

1.3 D／A转换模块

本系统中的数模转换电路如图3所示。它由DAC0832、两级低漂移的运放μA714及VREF电路组成。DAC0832和运放U3A将CPU发出的8位二进制数据转换成0～-5 V的电压，然后经运放U3B反向放大2倍，以得到0～10 V电压。因此，该DAC的转换分辨率为10／(28-1)=0.04 V，即CPU输出给DAC的数据变化为1 Bit，DAC输出电压的变化为0.04 V。VREF电路为DAC提供基准电压，调节R5A，可使基准电压保持为5 V。

1.4显示与键盘模块

本电源中的电压显示与键盘电路如图4所示。当输出电压经R13限流和R14取样后，即可送如TLC2453-1进行模数转换。图4中的TLC2453-1为11通道、12位串行A／D转换器，具有12位分辨率，转换时间为10μs，有11个模拟输入通道，3路内置自测试方式，采样率为66 kbps，线性误差±1LSBmax，同时带有转换结果输出EOC，并可单、双极性输出。通过其可编程的MSB或LSB前导可编程输出数据长度。TLC2453-1的时钟频率选用4.1 MHz，电源输出电压Uo的取样信号从IN0输入，芯片的I／O时钟端、数据输入端、转换数据输出端、片选端分别与AT89S51单片机的P2.3、P2.2、P2.1、P2.0相连，然后经单片机处理后从P0口输出，在经排阻9A472J驱动后送字符型液晶显示屏SMC1602A显示输出电压。电路中AT89S51单片机的晶振频率选用12 MHz，P1.0～P1.3接调压按钮。增加电压时，粗调用按键S1，步进为1 V，细调用S2，步长为0.05 V；减小电压时，粗调用S3，步长为1 V，细调用S4，步调为0.05 V。这样，经过它们的有机结合便可将输出电压调节到所需的电压。

2系统软件设计

本电路的主程序流程如图5所示。

3 结束语

本文给出的直流数控稳压电源采用硬件组成的闭环反馈模式来进行稳压。电路中采用共模抑制比高、响应速度快、压摆率高的NE5534作比较器，从而提高了稳压的可靠性和精度；而采用12位A／D转换模块完成电压的测量，并用LCD液晶显示，则提高了测量的准确性和直观显示能力。本电路的开机预置输出电压为5 V，并可采用步进方式调节输出电压，最小步进为0.05 V。经过测试，本电路的输出电压范围可达到0～18V，额定电流可达到0.5A，可应用于实验教学与工程实践中。

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整车电源分配系统设计研究

摘要：本文针对整车电气设计最重要的一部分整车电源分配进行研究。从中央电气盒的选择，保险丝容量的计算以及保险丝与导线匹配设计等几个方面来展开，以求能够总结出一套行之有效的方法指导设计。为后续车型的开发作参考。

关键词：中央电气盒； 保险丝 ；导线； 匹配

1    概述

电气原理设计通俗的讲就是用符号将整车电气系统合理地连接起来, 以此清楚地反映出电气系统各部件的连接关系以及电路的工作原理, 对迅速分析排除电气设备的故障非常有利。然而，在整车电气原理的设计里面，尤其以整车电源分配设计最为重要，本文将重点阐述这部分。

2    整车电源分配系统设计

在进行整车电气系统设计之前，需要对整车电气系统的系统控制图进行分析。理解各电器系统的工作原理及控制逻辑关系是电路设计的前提，必须在理解整车电器工作原理的基础上对整车的电源进行合理分配。

2.1电源类型划分和负载分配

根据点火开关的档位，我们通常会将电源分成以下几种类型：

1）B+，即我们通常说的常电，是直接从蓄电池正极取的电。这部分的电源所接负载一般都是即使在点火钥匙从点火开关拔下后还需要工作的负载，如一些ECU及仪表的记忆电，危险警告灯的电源，具有FollowMe Home（伴我回家）功能的前照灯的电源，防盗控制器的电源等等。

2）ACC，通常为点火开关的第二个档位（第一个为OFF/Lock），我们称之为附件档。这一档位我们实际上是不想让其负担太多负载的，因为当点火钥匙拨到这个档位的时候，发动机还没有运转，此时从ACC取电的负载，实际上还是在消耗蓄电池的电量，因为发电机还没有参与发电。通常使用ACC电作为工作电源或信号电源的设备，常见的有仪表、收放机、电动后视镜、点烟器等等。在ST档位的时候，ACC是没有电的。

3）IG，也叫ON档，通常为点火开关的第三档位，我们称之为点火档，当点火开关打到这个档位的时候，全车允许大部分的设备可以工作。而这个档位通常有IG1和IG2两个触点，在某些车型上IG1与IG2是相同的，即同时有电或者没电；而有些车型，如大部分的日系车，IG1与IG2是不同的。区别在于在ST档位的时候IG1有电，而IG2没电。这样设计的原因在于启动的时候是需要蓄电池的电量集中供给起动机使用的，所以这个时候我们就希望能够切断一些与启动无关的而且功率又较大的负载，如后风窗玻璃加热器，鼓风机等等。这样我们就可以将这些负载连接在IG2上，或者用IG2来控制。

4）ST档，即启动档，也就是点火开关的最后一档。它的作用是用来给起动机供电，启动发动机之用。

总之，在整车电路的设计中，我们要根据负载的实际工作状态灵活的将全车负载分配到各个档位去。

2.2  中央电气盒的选择

中央电气盒是全车电源分配的总枢纽。其内部主要是保险丝和继电器，智能型的电气盒的内部还包含有电子控制元器件。按照连接方式分，中央电气盒通常分为硬线型和PCB型，两者的区别在于前者是导线通过端子直接连接到电气盒，没有接插件，而后者是通过接插件连接到电气盒；如果按照是否含有电子控制单元来划分的话，又可以分为普通型与智能型。

一般情况下，在整车电路的设计中，会根据如下三点的综合考量来选择最适合的中央电气盒。

1）成本。通常PCB型要比硬线型成本要高，但是这并不意味着PCB型的就比硬线型的有更多优点，从电气性能角度讲，恰恰相反，硬性型的有着更优秀的表现，因为中央电气盒内部有许多保险丝继电器，它们在工作的时候，会散发出很多热量，而热量的聚集会使温度升高，从而降低了保险丝继电器的性能。相比之下，硬性型的中央电气盒有更多的散热通道如端子的孔穴，并且上下贯通，这样就大大减少的热量的聚集，给了保险丝继电器就有一个更优的工作环境。所以笔者对于国内一些主机厂盲目追求PCB型的电气盒持保留意见。

2）环境及空间。通常，不同的车辆提供给电气盒使用的空间形状相异性是很大的。而PCB型的电器盒由于其制造工艺性，通常会设计成较为规则的长方体型或正方体型，所以它对空间的需求，相对来说也会是一个比较规则的矩形体；而硬性型的电器盒却没有这方面的要求，它可以根据复杂的车身环境空间，因地制宜设计成异形，因而其适应性也就更好。

3）整车电气架构。在低端的车型中，因为电器设备较少，电气架构及控制逻辑较为简单，使用普通型的电气盒即可满足使用要求；而在中高端的车型中，因为有着更多的电器设备，更复杂更庞大的电气架构和控制逻辑，这个时候就能突显出智能型电气盒的优势来，其主要体现在如下两个方面：

①智能型电气盒是将普通型的电气盒与车身控制器（BCM）集成起来，更节省空间。在中高端车型中，由于车身结构更复杂，电气设备更多，所以使空间更为紧张，在这种情况下，而智能电气盒节省下来的空间就显得弥足珍贵；

②智能电气盒可以通过CAN Bus与其他电器设备，如组合开关（具备CAN收发器的情况下）进行通信，大大减少信号线的数量；与其他电气盒通信，可以很大程度上缩短电源线的长度。比如，在某些欧系高端车型上，甚至有三个智能的中央电气盒，分别布置在发动机舱、乘客舱和行李舱，通过CAN网络传输控制信号，它们分别就近控制或提供电力给电器设备，可以大幅度的减少电线回路数，减轻线束重量，起到优化设计的作用。

2.3保险丝的选择

前面讲过，中央电气盒中的主要工作部件就是保险丝和继电器，而电源分配的重任，基本是靠这些大大小小、花花绿绿、类型各异的保险丝完成的。保险丝，其主要的用途在于熔断，当回路发生短路故障时起到保护回路不被烧毁的作用，从而避免烧车辆发生火灾。由此可见，保险丝的选择就相当关键。

2.3.1 保险丝类型的选择

保险丝的种类按照不同的分类方式可以分为很多种，而且形状各异，像美系车上常见的易熔线就是以一段导线的形式出现的保险丝。

下面就详细的介绍一下汽车上常见的保险丝类型。通常按照熔断的速度亦即响应的速度可将保险丝分为快熔型和慢熔型的。一般情况下，在通过超出容量一定数量的电流时，以较短时间熔断的保险丝称为快熔型的保险丝，常见的Mini、ATO等保险丝就属于快熔型保险丝的范畴；同样，在通过超出容量一定数量的电流时，以较长时间熔断，甚至不熔断的保险丝称为慢熔型的保险丝。常见的Jcase、BF1、Midi等保险丝就属于慢熔型保险丝的范畴。但是，这种分类只是我们通常意义的分类，严格上讲，快熔和慢熔并没有严格的界限，比如像Maxi保险丝的熔断特性就介于Mini与Jcase之间，但是会更接近于Jcase，这从保险丝供应商提供的熔断曲线可以看出。

那么种类如此繁多的保险丝该如何筛选呢？这时就需要依据保险丝的熔断特性来综合考量。汽车上有很多的电器负载，概括的来讲，通常可以分为阻性负载如卤素灯和感性负载如电机。阻性负载在工作过程中，电流相对稳定，很少出现长时间的电流大幅波动，所以我们通常为这类负载选择快熔型的保险丝，以期在回路发生短路时，保险丝尽快熔断。但是感性负载则与此不同，它们在工作过程中，会出现较长时间的超出额度电流一倍甚至数倍的电流来，如鼓风电机在启动的时候，或者玻璃升降器电机在受阻或发生堵转的时候，这个时候慢熔型保险丝的熔断特性恰好满足这类感性负载的工作要求。但是这只是一个比较概括性的原则，在实际设计中，要灵活运用，并且还需要结合保险丝的容量来考虑，因为快熔型的通常容量都较小，而慢熔型的有较大容量。

2.3.2 保险丝容量大小的选择

在初步定好保险丝的类型后，我们就要来具体选择保险丝的容量了。简单的讲，保险丝的容量是根据负载的功率来定的，同时要结合保险丝的类型、中央电气盒的位置（高温区还是一般温区）和类型（硬线型还是PCB型），来给予一定的安全裕量，这个安全裕量主要是考虑温度对保险丝的影响，因为环境温度的升高，会导致保险丝实际能够承载的电流下降。一般可以根据如下公式进行折减计算：

If=In/RR  ---------------（1-1）

式中: If：保险丝的理想值；In：正常工作的电流值；RR：温度折减系数

温度折减系数从55%到90%不等，主要是根据保险丝的类型（快熔还是慢熔）、中央电气盒的位置（高温区还是一般温度区）、中央电气盒的类型（PCB型还是普通硬线型）有关。

如轿车近光灯（一只），通常功率为55W，那么额定电流为4.58A，若中央电气盒在发动机舱且为PCB型，可知温度折减系数为70%，根据公式1-1可知，保险丝的理想值If=4.58/70%=6.54A。一般情况下，会选择比计算值大一个量级的保险丝，即10A的Mini保险丝即可。

2.4导线的选取原则

在选择好保险丝后，下面我们要开始着手选择导线了。

2.4.1导线线型的选择

一般而言，我们会将车辆上的空间根据工作温度的不同而将其划为几个温区，如排气管附近温度最高，发动机本体上次之，发动机舱内再次之，最后是乘客舱。具体的温度范围主机厂在设计要求中会给出。我们导线线型的选取，主要是根据温度来为不同的温区选择不同温度等级的线型。当然，在这之前是要根据主机厂的要求先定好使用何种国别标准的线种，如日标线、法标线、德标线、美标线等等。每一种国别标准的导线其按照温度的分类不尽相同，但是基本大同小异，导线的供应商会提供一份详细的各种线种线型所适用的温度范围，根据其参数选择即可，但是需要强调的是，并非选择完毕后就万事大吉了，后期，我们有的时候还是需要根据线束系统验证的结果而进行调整。

2.4.2         导线线径的选择

在线型选好以后，就要开始为每一根回路选择线径了。一般情况下根据导线所传输的内容的不同，将导线分为：电源线、接地线和信号线。顾名思义，电源线，其作用的主要就是给负载供电；而接地线，又称搭铁线，其作用主要是负责给负载提供电流回流到蓄电池负极的通路；至于信号线，其作用就是在不同的模块/器件之间传输信号。

首先来谈谈电源线。很多做线束设计的人也不是特别清楚，是应该先选择保险丝还是先选择线径。所以再次强调一下，应该是先选择保险丝，再选择线径。因为保险丝是用来保护导线的。前面已经叙述了，保险丝的类型容量是由负载决定的，而电源线的线径则必须去匹配保险丝的容量，如果线径选小了，则可能会出现在短路的时候，电线熔毁而保险丝不熔断，这样就无法发挥保险丝的作用；如果线径选大了就是一种成本的浪费。具体的线径与保险丝的匹配关系，是通过大量试验得到的，如0.35/0.5的导线匹配10A的保险丝等等。

那么，导线和保险丝的匹配是怎样的一种关系呢，下面我们来详细说明：

导线与保险丝的匹配主要是体现在短路的时候。当短路发生时，保险丝和导线同时通以同样大小的电流，这个电流比正常工作电流大很多倍，比如温度等级为80摄氏度的0.5的导线，在环境温度为40摄氏度的时候的极限工作电流为10多安培，但是在短路的时候可以达到100多安培（短路电流，主要取决于电线的长度），这时，因为导线和保险丝都有电阻，虽然很小，但在短路电流通过的时候会在瞬间发出大量的热，当热量达到一定的时候，保险丝就会因温度的上升而熔断，导线就会因为芯线的温度的上升而导致绝缘层熔毁，如果这时保险丝先熔断，而此时导线绝缘层是完好的，我们就认为导线和保险丝是匹配的；如果导线的绝缘层已经开始熔毁但保险丝却没有熔断，那么我们就认为导线和保险丝是不匹配的。而且这时存在发生火灾的风险。

在实际设计当中，设计者如何用比较直观的方式来判断呢。这时就需要借助温度电流衰减曲线图了。在整个工作温度范围内的任意温度下，导线的允许电流值如果都高于保险丝的允许电流值，我们就可以认为所选择的保险丝和导线是匹配的。如下图1是0.5的PVC导线与10A的Mini保险丝的温度电流衰减曲线图。

                 图1     温度电流衰减曲线图

        从上图我们可以看出，-40摄氏度—80摄氏度的范围中，0.5的PVC导线的电流衰减曲线在都是在10A的Mini保险丝的上面的，这时，我们就认为它们之间是匹配的。同时需要注意的是，如果导线的温度等级更高，我们也可以适当的降低线径。然而，在实际的设计当中，不可完全照搬这个匹配关系，还要根据负载的类型、电源线的长度、所经过的温区、是否通过活动部件来综合考虑，最后设计完毕后需要通过短路实验来验证导线和保险丝是否匹配。

而接地线线径的选择则与电源线有所不同。电源线是根据保险丝容量来选取的，而接地线则可以根据负载直接选择，这是由接地线的主要作用决定的。所以在整车电路的设计中常常可以看到在负载的两端，电源线和接地线的线径并不一致。例如前雾灯，我们给两个前雾灯共用一个15A的保险丝，所以其电源线则需选择法标的0.75或者日标的0.85，或者更大一级的线径来匹配15A的保险丝，但是其接地线我们却可以选择根据负载的大小直接选择0.5，就是这一原因。如果将接地线使用与电源线一样大的线径，则反而是一种浪费，有违绿色设计的理念。

至于信号线线径，通常0.3/0.35或者0.5即可，而且很多时候模块的供应商已经将信号线的线径定义出来。因信号线的线径选择比较简单，在此，我们不做赘述。

最后需要强调的是，对于电源线和接地线除了遵循上面的原则外，我们还必须需考虑一些其它的对线径会产生影响的因素，如客户的规范，温度的影响，还有电压降的要求等等。

2.5保险丝的共用与非共用

在中央电气盒能够容纳下足够的保险丝的情况下，第一选择是不共用保险丝，以降低一条回路发生短路致使共用保险丝熔断而造成别的负载无法工作的风险，同时也能降低检修的难度。这在美国车（非国内合资的美系车）上比较常见。但这是需要付出空间和成本的代价的，因为保险丝数量的增加，势必会要求更多的空间和成本；而共用保险丝的好处是降低了成本，但是增大了电路的复杂度，对车辆的后期检修带来一定的难度。另外，共用保险丝也会增加导线上的电压降，使加在设备上的实际工作电压降低，增大设备无法正常工作的风险。所以，综合各种因素考虑，下面介绍一些保险丝的整合原则。

1）安全件最好使用独立保险丝

除了国标中定义的一些跟安全性相关的零部件外，有些主机厂还会定义自己的安全件，如小灯（也叫位置灯、示廓灯等）、近光灯等等。通常，我们会为这些负载使用一个独立的保险丝，如为每个近光灯使用一个10A的保险丝。但是在有些情况下，因为中央电气盒中的保险丝位置有限，我们还是需要将一些小负载的安全件共用保险丝，如将全车的小灯分别挂在两个保险丝的下面，但是最好是左右分开，或者交叉共用，这样能保证即使一颗保险丝因故熔毁，车前和车后还分别有一个小灯能够继续工作，以降低因共用而带来的风险。

2）安全件、非安全件不可共用保险丝

这是为了防止因非安全件回路短路，而导致保险丝熔断，造成了安全件不可工作的不良后果。比如远光灯与发动机控制器不可共用保险丝，理由是不能因远光灯回路发生短路而让发动机机控制器无法正常工作，导致发动机停车。

3）功率不大的非安全件可以共用保险丝

这一点在实际设计当中非常常见，如我们将两个远光灯共用一颗15A的保险丝；还有就是一些取电用作信号的一些非安全件，如收放机ACC电与电动天窗的ACC电可以共用一颗保险丝。

4）不同时工作的负载可以共用保险丝

车辆上的有些设备是不会同时工作的，在这样的情况下，就可以共用保险丝，以提高保险丝的利用率。如门锁电机及行李箱解锁电机，它们同时工作的几率非常小，所以我们可以给它们共用一颗保险丝。

3      结束语

随着汽车电子技术的发展，电子零件在车上所占的比重越来越大，随之带来车上的电气负载也越来越大。国内的汽车电气设计还处于刚刚起步阶段，相对于国外大的汽车电气供应商来讲，还有非常大的差距。随着国人对汽车的需求和认知水平不断地提高，汽车的电气安全性能已经作为一项决定汽车品质的重要内容越来越引起汽车产品制造商的关注。如何建立一套完整的汽车电源分配系统计算方法和过程已成为所有汽车制造商的一项共同课题。

开关稳压电源设计，大家给我出个主意，高分奖励

引言
众所周知，任何闭环系统在增益为单位增益l，且内部随频率变化的相移为360°时，该闭环控制系统都会存在不稳定的可能性。因此几乎所有的开关电源都有一个闭环反馈控制系统，从而能获得较好的性能。在负反馈系统中，控制放大器的连接方式有意地引入了180°相移，如果反馈的相位保持在180°以内，那么控制环路将总是稳定的。当然，在现实中这种情况是不会存在的，由于各种各样的开关延时和电抗引入了额外的相移，如果不采用适合的环路补偿，这类相移同样会导致开关电源的不稳定。

1 稳定性指标
衡量开关电源稳定性的指标是相位裕度和增益裕度。相位裕度是指：增益降到0dB时所对应的相位。增益裕度是指：相位为零时所对应的增益大小(实际是衰减)。在实际设计开关电源时，只在设计反激变换器时才考虑增益裕度，设计其它变换器时，一般不使用增益裕度。

在开关电源设计中，相位裕度有两个相互独立作用：一是可以阻尼变换器在负载阶跃变化时出现的动态过程；另一个作用是当元器件参数发生变化时，仍然可以保证系统稳定。相位裕度只能用来保证“小信号稳定”。在负载阶跃变化时，电源不可避免要进入“大信号稳定”范围。工程中我们认为在室温和标准输入、正常负载条件下，环路的相位裕度要求大于45°。在各种参数变化和误差情况下，这个相位裕度足以确保系统稳定。如果负载变化或者输入电压范围变化非常大，考虑在所有负载和输入电压下环路和相位裕度应大于30°。

如图l所示为开关电源控制方框示意图，开关电源控制环路由以下3部分构成。

<<<<<这个地方有图,不过百度只能上传1张图>>>>>>

(1)功率变换器部分，主要包含方波驱动功率开关、主功率变压器和输出滤波器；

(2)脉冲宽度调节部分，主要包含PWM脉宽比较器、图腾柱功率放大；

(3)采样、控制比较放大部分，主要包含输出电压采样、比较、放大(如TL431)、误差放大传输(如光电耦合器)和PWM集成电路内部集成的电压比较器(这些放大器的补偿设计最大程度的决定着开关电源系统稳定性，是设计的重点和难点)。

2 稳定性分析
如图1所示，假如在节点A处引入干扰波。此方波所包含的能量分配成无限列奇次谐波分量。如果检测到真实系统对不断增大的谐波有响应，则可以看出增益和相移也随着频率的增加而改变。如果在某一频率下增益等于l且总的额外相移为180°(此相移加上原先设定的180°相移，总相移量为360°)，那么将会有足够的能量返回到系统的输入端，且相位与原相位相同，那么干扰将维持下去，系统在此频率下振荡。如图2所示，通常情况下，控制放大器都会采用反馈补偿元器件Z2减少更高频率下的增益，使得开关电源在所有频率下都保持稳定。

<<<<这里也有图>>>>

波特图对应于小信号(理论上的小信号是无限小的)扰动时系统的响应；但是如果扰动很大，系统的响应可能不是由反馈的线性部分决定的，而可能是由非线性部分决定的，如运放的压摆率、增益带宽或者电路中可能达到的最小、最大占空比等。当这些因素影响系统响应时，原来的系统就会表现为非线性，而且传递函数的方法就不能继续使用了。因此，虽然小信号稳定是必须满足的，但还不足以保证电源的稳定工作。因此，在设计电源环路补偿时，不但要考虑信号电源系统的响应特性，还要处理好电源系统的大信号响应特性。电源系统对大信号响应特性的优劣可以通过负载跃变响应特性和输入电压跃变响应特性来判断，负载跃变响应特性和输入电压跃变响应特性存在很强的连带关系，负载跃变响应特性好，则输入电压跃变响应特性一定好。

对开关电源环路稳定性判据的理论分析是很复杂的，这是因为传递函数随着负载条件的改变而改变。各种不同线绕功率元器件的有效电感值通常会随着负载电流而改变。此外，在考虑大信号瞬态的情况下，控制电路工作方式转变为非线性工作方式，此时仅用线性分析将无法得到完整的状态描述。下面详细介绍通过对负载跃变瞬态响应波形分析来判断开关电源环路稳定性。

3 稳定性测试
测试条件：

(1)无感电阻；

(2)负载变化幅度为10％~100％；

(3)负载开关频率可调(在获得同样理想响应波形的条件下，开关频率越高越好)；

(4)限定负载开关电流变化率为5A／μs或者2A/μs，没有声明负载电流大小和变化率的瞬态响应曲线图形无任何意义。

图3(a)为瞬变负载波形。

图3(b)为阻尼响应，控制环在瞬变边缘之后带有振荡。说明拥有这种响应电源的增益裕度和相位裕度都很小，且只能在某些特定条件下才能稳定。因此，要尽量避免这种类型的响应，补偿网络也应该调整在稍低的频率下滑离。

<<<<这里也有图>>>>

图3(c)为过阻尼响应，虽然比较稳定，但是瞬态恢复性能并非最好。滑离频率应该增大。

图3(d)为理想响应波形，接近最优情况，在绝大多数应用中，瞬态响应稳定且性能优良，增益裕度和相位裕度充足。

对于正向和负向尖峰，对称的波形是同样需要的，因此从它可以看出控制部分和电源部分在控制内有中心线，且在负载的增大和减少的情况下它们的摆动速率是相同的。

上面介绍了开关电源控制环路的两个稳定性判据，就是通过波特图判定小信号下开关电源控制环路的相位裕度和通过负载跃变瞬态响应波形判定大信号下开关电源控制环路的稳定性。下面介绍四种控制环路稳定性的设计方法。

4．1 分析法
根据闭环系统的理论、数学及电路模型进行分析(计算机仿真)。实际上进行总体分析时，要求所有的参数要精确地等于规定值是不大可能的，尤其是电感值，在整个电流变化范围内，电感值不可能保持常数。同样，能改变系统线性工作的较大

瞬态响应也是很难预料到的。

4．2 试探法
首先测量好脉宽调整器和功率变换器部分的传递特性，然后用“差分技术”来确定补偿控制放大器所必须具有的特性。

要想使实际的放大器完全满足最优特性是不大可能的，主要的目标是实现尽可能地接近。具体步骤如下：

(1)找到开环曲线中极点过零处所对应的频率，在补偿网络中相应的频率周围处引入零点，那么在直到等于穿越频率的范围内相移小于315°(相位裕度至少为45°)；

(2)找到开环曲线中EsR零点对应的频率，在补偿网络中相应的频率周围处引入极点(否则这些零点将使增益特性变平，且不能按照期望下降)；

(3)如果低频增益太低，无法得到期望的直流校正那么可以引入一对零极点以提高低频下的增益。

大多数情况下，需要进行“微调”，最好的办法是采用瞬态负载测量法。

4. 3 经验法
采用这种方法，是控制环路采用具有低频主导极点的过补偿控制放大器组成闭环来获得初始稳定性。然后采用瞬时脉冲负载方法来补偿网络进行动态优化，这种方法快而有效。其缺点是无法确定性能的最优。

4．4 计算和测量结合方法
综合以上三点，主要取决于设计人员的技能和经验。

对于用上述方法设计完成的电源可以用下列方法测量闭环开关电源系统的波特图，测量步骤如下。

如图4所示为测量闭环电源系统波特图的增益和相位时采用的一个常用方法，此方法的特点是无需改动原线路。

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如图4所示，振荡器通过变压器T1引入一个很小的串联型电压V3至环路。流入控制放大器的有效交流电压由电压表V1测量，输出端的交流电压则由电压表V2测量(电容器C1和C2起隔直流电流的作用)。V2/V1(以分贝形式)为系统的电压增益。相位差就是整个环路的相移(在考虑到固定的180°负反馈反相位之后)。

输入信号电平必须足够小，以使全部控制环路都在其正常的线性范围内工作。

4．5 测量设备
波特图的测量设备如下：

(1)一个可调频率的振荡器V3，频率范围从10Hz(或更低)到50kHz(或更高)；

(2)两个窄带且可选择显示峰值或有效值的电压表V1和V2，其适用频率与振荡器频率范围相同；

(3)专业的增益及相位测量仪表。

测试点的选择：理论上讲，可以在环路的任意点上进行伯特图测量，但是，为了获得好的测量度，信号注入节点的选择时必须兼顾两点：电源阻抗较低且下一级的输入阻抗较高。而且，必须有一个单一的信号通道。实践中，一般可把测量变压器接入到图4或图5控制环路中接入测量变压器的位置。

图4中T1的位置满足了上述的标准。电源阻抗(在信号注入的方向上)是电源部分的低输出阻抗，而下一级的输入阻抗是控制放大器A1的高输入阻抗。图5中信号注入的第二个位置也同样满足这一标准，它位于图5中低输出的放大器A1和高输入阻抗的脉宽调制器之间。

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5 最佳拓扑结构
无论是国外还是国内DC／DC电源线路的设计，就隔离方式来讲都可归结为两种最基本的形式：前置启动+前置PWM控制和后置隔离启动+后置PWM控制。具体结构框图如图6和图7所示。

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国内外DC／DC电源设计大多采用前置启动+前置PWM控制方式，后级以开关形式将采样比较的误差信号通过光电耦合器件隔离传输到前级PWM电路进行脉冲宽度的调节，进而实现整体DC／DC电源稳压控制。如图6所示，前置启动+前置PWM控制方式框图所示，输出电压的稳定过程是：输出误差采样→比较→放大→光隔离传输→PWM电路误差比较→PWM调宽→输出稳压。Interpoint公司的MHF+系列、SMHF系列、MSA系列、MHV系列等等产品都属于此种控制方式。此类拓扑结构电源产品就环路稳定性补偿设计主要集中在如下各部分：

(1)以集成电路U2为核心的采样、比较电路的环路补偿设计；

(2)以前置PWM集成电路内部电压比较器为核心的环路补偿设计；

(3)输出滤波器设计主要考虑输出电压／电流特性，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时仅供参考；

(4)其它部分如功率管驱动,主功率变压器等，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时可以不必考虑。

而如图7所示，后置隔离启动+后置PWM控制方式框图，输出电压的稳定过程是：输出误差采样→PWM电路误差比较→PWM调宽→隔离驱动→输出稳压。此类拓扑结构电源产品就环路稳定性补偿设计主要集中在如下各部分：

(1)以后置PWM集成电路内部电压比较器为核心的环路补偿设计；

(2)输出滤波器设计主要考虑输出电压／电流特性，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时仅供参考。

(3)其它部分如隔离启动、主功率变压器等，在隔离式电源环路稳定性补偿设计时可以不必考虑。

比较图6和图7控制方式和环路稳定性补偿设计可知，图7后置隔离启动+后置PWM控制方式的优点如下：

(1)减少了后级采样、比较、放大和光电耦合，控制环路简捷；

(2)只需对后置PWM集成电路内部电压比较器进行环路补偿设计，控制环路的响应频率较宽；

(3)相位裕度大；

(4)负载瞬态特性好；

(5)输入瞬态特性好；

(6)抗辐照能力强。实验证明光电耦合器件即使进行了抗辐照加固其抗辐照总剂量也不会大于2x104Rad(Si)，不适合航天电源高可靠、长寿命的应用要求。

6 结语
开关电源设计重点有两点：一是磁路设计，重点解决的是从输入到输出的电压及功率变换问题。二是稳定性设计，重点解决的是输出电压的品质问题。开关电源稳定性设计的好坏直接决定着开关电源启动特性、输入电压跃变响应特性、负载跃变响应特性、高低温稳定性、生产和调试难易度。将上述开关电源稳定性设计方法和结论应用到开关电源的研发工作中去，定能事半功倍。

具体的参数自己改下.我就不改了.
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参考资料: