好書分享10本開關電源環路設計收藏精品，每本都是經典

作為電子工程師，每天接觸電源的設計工程師，發現不管是電源的老手，高手、新手，幾乎對控制環路的設計一籌莫展，基本上靠實驗。當然，靠實驗是可以的，但出問題時往往無從下手，在這裏我想以反激電源為例子(在所有拓撲中環路是最難的,由於RHZ的存在)，大概説一下電源的環路控制，具體怎麼設計，然後是如何計算的，至少使大家在有問題的時候，能夠從理論上分析出解決問題的思路。

先簡單介紹下，環路設計中用到的一些基本知識。

電源中遇到的零極點

以上為示意圖，主要説明不同零極點的概念，不代表實際位置

電源控制環路常用的3種補償方式

單極點補償

適用於電流型控制和工作在DCM方式並且濾波電容的ESR零點頻率較低的電源.其主要作用原理是把控制帶寬拉低,在功率部分或加有其他補償的部分的相位達到180度以前使其增益降到0dB.也叫主極點補償。

雙極點、單零點補償

適用於功率部分只有一個極點的補償。如：所有電流型控制和非連續方式電壓型控制。

三極點、雙零點補償

適用於輸出帶LC諧振的拓撲，如所有沒有用電流型控制的電感電流連續方式拓撲。以上公式中假設C2

環路穩定的標準

只要在增益為1時(0dB)整個環路的相移小於360度，環路就是穩定的。

但如果相移接近360度,會產生兩個問題：

相移可能因為温度，負載及分佈參數的變化而達到360度而產生震盪；

接近360度，電源的階躍響應(瞬時加減載)表現為強烈震盪，使輸出達到穩定的時間加長，超調量增加。如下圖所示具體關係：

所以環路要留一定的相位裕量，如圖Q=1時輸出是表現最好的，所以相位裕量的最佳值為52度左右，工程上一般取45度以上。如下圖所示：

這裏要注意一點，就是補償放大器工作在負反饋狀態，本身就有180度相移，所以留給功率部分和補償網絡的只有180度。幅值裕度不管用上面哪種補償方式都是自動滿足的，所以設計時一般不用特別考慮。由於增益曲線為-20dB/decade時，此曲線引起的最大相移為90度，尚有90度裕量，所以一般最後合成的整個增益曲線應該為-20dB/decade部分穿過0dB。在低於0dB帶寬後，曲線最好為-40dB/decade，這樣增益會迅速上升，低頻部分增益很高，使電源輸出的直流部分誤差非常小，既電源有很好的負載和線路調整率。

如何設計控制環路？

經常主電路是根據應用要求設計的，設計時一般不會提前考慮控制環路的設計。我們的前提就是假設主功率部分已經全部設計完成，然後來探討環路設計。環路設計一般由下面幾過程組成：

1）畫出已知部分的頻響曲線；

2）根據實際要求和各限制條件確定帶寬頻率,既增益曲線的0dB頻率；

3）根據步驟2)確定的帶寬頻率決定補償放大器的類型和各頻率點。使帶寬處的曲線斜率為20dB/decade，畫出整個電路的頻響曲線。

上述過程也可利用相關軟件來設計，如pspice，POWER-4-5-6。

以下是一些解釋：

已知部分的頻響曲線是指除Kea(補償放大器)外的所有部分的乘積，在波得圖上是相加。

環路帶寬當然希望越高越好，但受到幾方面的限制：

a）香農採樣定理決定了不可能大於1/2Fs;

b）右半平面零點(RHZ)的影響，RHZ隨輸入電壓，負載，電感量大小而變化，幾乎無法補償，我們只有把帶寬設計的遠離它，一般取其1/4-1/5;

c）補償放大器的帶寬不是無窮大，當把環路帶寬設的很高時會受到補償放大器無法提供增益的限制，及電容零點受温度影響等。所以一般實際帶寬取開關頻率的1/6-1/10。

為幫助大家儘快掌握開關電源環路補償設計、應用，熟悉自動控制理論的基礎知識，如零點/極點概念、對系統的影響，伯德圖、相位裕度、穿越頻率等，到什麼是環路補償，補償在電路中的位置及作用、如何設置，再結合經驗設計，從功率等級、補償類型模型電路，學會電源環路補償整個完整的項目流程，全方位為幫助您解決各種電源環路設計上的難題。為此，小編精選了十本經典的開關電源（SMPS）環路補償系列入門進階書籍，供大家學習參考。

1.DesigningControlLoopsforLinearandSwitchingPowerSupplies

中文譯名：為線性和開關電源設計控制迴路：教程指南。本書主要介紹了使用SPICE仿真設計開關電源，巴索的經典開關電源著作之一。作為應屆生和經驗豐富的工程師，提供了非常寶貴的SPICE模擬和實用設計的理論、案例指導。解釋瞭如何推導目前最流行的電源轉換器的創建方法，本書搭配了600多幅開關電源模型，在使用焊錫之前，可以利用本書提供的案例，在SPICE電腦端模擬使用開關電源。

2.Switch-ModePowerSupplies：SPICESimulationsandPracticalDesigns

對於市場上很多開關電源的書籍，要麼過於學術，跟實際世界缺乏聯繫，要麼就是太過於實用，缺乏設計實例中所需要用的大多數形式的理論基礎。本書通過提供技術性的內容，來填補大部分電源工程師，在“實用性設計”方面的技術空缺。比如：第3章補償技術，不僅描述了運算放大器，而且很多教科書帶有的行業標準TL431，在本書裏也有會重點介紹到，例程中會提供一些流程的SPICE編輯器演示例子，提供目前市場上PSIM、Transim、Tina、Multisim、Intusoft多種演示電路模擬。

3.開關電源SPICE仿真與實用設計

推薦的第2本書的中文譯版，推薦大家閲讀英文原版基礎上，可以借鑑讀一下中文版本，加深對電源書籍的理論實踐部分的理解。本書特色是給出完整的開關電源變換器的理論、仿真設計方法，只給出必需的理論方程，同時通過大量的實例介紹來仿真分析。

4.LinearCircuitTransferFunctions

一本講解沒有繁瑣代數的情況下，以更系統的方式計算網絡的傳遞函數。書裏有很多例程，所有的答案和技巧，教你如何使用SPICE和MathCAD來雙重檢查。對於電子電路，電氣工程師等專業人士學習很有趣，也很有用。

5.PowerElectronicsConverters,Applications,andDesign（電力電子轉換器的應用和設計）

本書提供完整英文原版PDF+經典講義+超詳細全套課後答案

電力電子轉換器應用與設計第2版，英文原版，NedMohan著。本書介紹了500Kw功率範圍內的轉換器應用及相關設計，由新一代功率半導體器件構成的各種實用的、新興的電力電子轉換器。對二極管整流器、晶閘管轉換器的擴展討論，以及關於散熱器的新章節，一步步介紹設計方法的磁性元件，數字技術和常用的仿真軟件工具（如SPICE、MATLAB和EMTP）等電路模擬仿真。

6.PowerElectronicsHandbook-Devices,Circuits,andApplications（2011）電力電子手冊-器件、電路和應用

電力電子手冊第3版旨在吸引新一代的工程專業人員，本書包含四個章節內容，涵蓋了可再生能源、能源傳輸、能源儲存，以及分佈式和熱電聯產(DCG)技術的介紹，包括燃氣輪機、發電機組、微型渦輪機、風力渦輪機、變速發電機、光伏發電和燃料電池。學習本書，能夠為指定的電力電子設計項目提供技術設計領導，並引導設計從概念到生產，到涉及重大的範圍和複雜性的實際應用。

7.DC-to-DCPowerConversion（DC-DC電源轉換器）

電力電子領域涵蓋了所有的工程和科學領域處理電能的轉換。每個電力電子領域都有其自身的理論框架、基本原則、分析方法，以及工程學科。本書旨在提供對從事某一特定領域工作的學生、研究人員和工程師，對於電力電子-脈衝寬度調製（PWM）直流到直流電源轉換的技能要求。

8.ElectricCircuits-10thedition-byJamesW.Nilsson&James;W.Nilsson

一本國外的《電路》經典教材，《ElectricCircuits》第十版，作者是詹姆斯。本書適用於想系統瞭解電路的學生、工程師羣體，這本書是近25年來使用最廣泛的電路入門教材。提供給學員個性化的學習、輔導，通過電路分析幫助解決如何使用技術，與實際工程師面臨的問題相關聯，如何評估問題，理解基本方程式和概念理論，幫助學員專注於電路中的關鍵原理。

9.FastAnalyticalTechniquesforElectrical&ElectronicCircuits（電路電子快速分析技術）

目前大多數工程師和學生都知道的電路分析，唯一方法大都是節點或迴路分析。這本書獨特之處在於，作者描述瞭解決複雜線性電路符號的形式，和獲得任何傳遞函數或阻抗等有意義參數的替代技術，為工程師提供了一整套解決電路設計問題的強大工具，也提供了讀者對於電路操作的理解。

10.開關變換器的建模與控制

本書系統論述了開關變換器建模與控制方面的基本原理、基本方法、基本仿真技術以及實用設計方法。主要內容有：連續導電模式（CCM）下開關變換器建模；斷續導電模式（DCM）下開關變換器建模；開關調節系統的基礎知識；電壓控制型開關調節系統；平均電流控制型開關調節系統；峯值電流控制型開關調節系統；開關變換器的仿真技術；諧振變換器建模。

十本開關電源（SMPS）必讀經典環路補償設計與分析叢書，資料截圖如下：

為幫助電源設計新手，工程師能夠更好地理解開關電源補償設計，單獨給初學者準備了TI經典環路補償設計入門教程+學習視頻（視頻地址，請私聊助教單獨索取觀看鏈接~）包括且不限於如下內容：電源轉換拓撲器分類、控制環路基礎知識、電壓/電流模式升/降壓功率級、誤差放大器、開關穩壓器補償、環路測試方法、負載階躍分析、環路測量...

除了理論學習，還給大家準備了開關電源環路補償仿真、設計與分析相關解決方案，PSPICE仿真模型、簡明教程、仿真實例及電源電路優化思路方法。

開關電源環路補償仿真、設計案例

PSPICE仿真模型、實例與分析

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