作为电子工程师，每天接触电源的设计工程师，发现不管是电源的老手，高手、新手，几乎对控制环路的设计一筹莫展，基本上靠实验。当然，靠实验是可以的，但出问题时往往无从下手，在这里我想以反激电源为例子(在所有拓扑中环路是最难的,由于RHZ 的存在)，大概说一下电源的环路控制，具体怎么设计，然后是如何计算的，至少使大家在有问题的时候，能够从理论上分析出解决问题的思路。

先简单介绍下，环路设计中用到的一些基本知识。

电源中遇到的零极点

以上为示意图，主要说明不同零极点的概念，不代表实际位置

电源控制环路常用的3种补偿方式

单极点补偿

适用于电流型控制和工作在DCM 方式并且滤波电容的ESR 零点频率较低的电源.其主要作用原理是把控制带宽拉低,在功率部分或加有其他补偿的部分的相位达到180 度以前使其增益降到0dB. 也叫主极点补偿。

双极点、单零点补偿

适用于功率部分只有一个极点的补偿。如：所有电流型控制和非连续方式电压型控制。

三极点、双零点补偿

适用于输出带LC谐振的拓扑，如所有没有用电流型控制的电感电流连续方式拓扑。以上公式中假设C2<。<>

环路稳定的标准

只要在增益为1 时(0dB)整个环路的相移小于360 度，环路就是稳定的。

但如果相移接近360度,会产生两个问题：

相移可能因为温度，负载及分布参数的变化而达到360 度而产生震荡；

接近360度，电源的阶跃响应(瞬时加减载)表现为强烈震荡，使输出达到稳定的时间加长，超调量增加。如下图所示具体关系：

所以环路要留一定的相位裕量，如图Q=1时输出是表现最好的，所以相位裕量的最佳值为52度左右，工程上一般取45度以上。如下图所示：

这里要注意一点，就是补偿放大器工作在负反馈状态，本身就有180度相移，所以留给功率部分和补偿网络的只有180度。幅值裕度不管用上面哪种补偿方式都是自动满足的，所以设计时一般不用特别考虑。由于增益曲线为-20dB/decade时，此曲线引起的最大相移为90度，尚有90度裕量，所以一般最后合成的整个增益曲线应该为-20dB/decade部分穿过0dB。在低于0dB带宽后，曲线最好为-40dB/decade，这样增益会迅速上升，低频部分增益很高，使电源输出的直流部分误差非常小，既电源有很好的负载和线路调整率。

如何设计控制环路？

经常主电路是根据应用要求设计的，设计时一般不会提前考虑控制环路的设计。我们的前提就是假设主功率部分已经全部设计完成，然后来探讨环路设计。环路设计一般由下面几过程组成：

1）画出已知部分的频响曲线；

2）根据实际要求和各限制条件确定带宽频率,既增益曲线的0dB频率；

3）根据步骤2)确定的带宽频率决定补偿放大器的类型和各频率点。使带宽处的曲线斜率为20dB/decade，画出整个电路的频响曲线。

上述过程也可利用相关软件来设计，如pspice，POWER-4-5-6。

以下是一些解释：

已知部分的频响曲线是指除Kea(补偿放大器)外的所有部分的乘积，在波得图上是相加。

环路带宽当然希望越高越好，但受到几方面的限制：

a）香农采样定理决定了不可能大于1/2Fs;

b）右半平面零点(RHZ)的影响，RHZ随输入电压，负载，电感量大小而变化，几乎无法补偿，我们只有把带宽设计的远离它，一般取其1/4-1/5;

c）补偿放大器的带宽不是无穷大，当把环路带宽设的很高时会受到补偿放大器无法提供增益的限制，及电容零点受温度影响等。所以一般实际带宽取开关频率的1/6-1/10。

为帮助大家尽快掌握开关电源环路补偿设计、应用，熟悉自动控制理论的基础知识，如零点/极点概念、对系统的影响，伯德图、相位裕度、穿越频率等，到什么是环路补偿，补偿在电路中的位置及作用、如何设置，再结合经验设计，从功率等级、补偿类型模型电路，学会电源环路补偿整个完整的项目流程，全方位为帮助您解决各种电源环路设计上的难题。为此，小编精选了十本经典的开关电源（SMPS）环路补偿系列入门进阶书籍，供大家学习参考。

1.Designing Control Loops for Linear and Switching Power Supplies

中文译名：为线性和开关电源设计控制回路：教程指南。本书主要介绍了使用SPICE仿真设计开关电源，巴索的经典开关电源著作之一。作为应届生和经验丰富的工程师，提供了非常宝贵的SPICE模拟和实用设计的理论、案例指导。解释了如何推导目前最流行的电源转换器的创建方法，本书搭配了600多幅开关电源模型，在使用焊锡之前，可以利用本书提供的案例，在SPICE电脑端模拟使用开关电源。

2.Switch-Mode Power Supplies：SPICE Simulations and Practical Designs

对于市场上很多开关电源的书籍，要么过于学术，跟实际世界缺乏联系，要么就是太过于实用，缺乏设计实例中所需要用的大多数形式的理论基础。本书通过提供技术性的内容，来填补大部分电源工程师，在“实用性设计”方面的技术空缺。比如：第3章补偿技术，不仅描述了运算放大器，而且很多教科书带有的行业标准TL431，在本书里也有会重点介绍到，例程中会提供一些流程的SPICE编辑器演示例子，提供目前市场上PSIM、Transim、Tina、Multisim、Intusoft多种演示电路模拟。

3.开关电源SPICE仿真与实用设计

推荐的第2本书的中文译版，推荐大家阅读英文原版基础上，可以借鉴读一下中文版本，加深对电源书籍的理论实践部分的理解。本书特色是给出完整的开关电源变换器的理论、仿真设计方法，只给出必需的理论方程，同时通过大量的实例介绍来仿真分析。

4.Linear Circuit Transfer Functions

一本讲解没有繁琐代数的情况下，以更系统的方式计算网络的传递函数。书里有很多例程，所有的答案和技巧，教你如何使用SPICE和MathCAD来双重检查。对于电子电路，电气工程师等专业人士学习很有趣，也很有用。

5.Power Electronics Converters, Applications, and Design（电力电子转换器的应用和设计）

本书提供完整英文原版PDF+经典讲义+超详细全套课后答案

电力电子转换器应用与设计第2版，英文原版，Ned Mohan著。本书介绍了500Kw功率范围内的转换器应用及相关设计，由新一代功率半导体器件构成的各种实用的、新兴的电力电子转换器。对二极管整流器、晶闸管转换器的扩展讨论，以及关于散热器的新章节，一步步介绍设计方法的磁性元件，数字技术和常用的仿真软件工具（如SPICE、MATLAB和EMTP）等电路模拟仿真。

6.Power Electronics Handbook - Devices, Circuits, and Applications （2011）电力电子手册 - 器件、电路和应用

电力电子手册第3版旨在吸引新一代的工程专业人员，本书包含四个章节内容，涵盖了可再生能源、能源传输、能源储存，以及分布式和热电联产(DCG)技术的介绍，包括燃气轮机、发电机组、微型涡轮机、风力涡轮机、变速发电机、光伏发电和燃料电池。学习本书，能够为指定的电力电子设计项目提供技术设计领导，并引导设计从概念到生产，到涉及重大的范围和复杂性的实际应用。

7.DC-to-DC Power Conversion（DC-DC电源转换器）

电力电子领域涵盖了所有的工程和科学领域处理电能的转换。每个电力电子领域都有其自身的理论框架、基本原则、分析方法，以及工程学科。本书旨在提供对从事某一特定领域工作的学生、研究人员和工程师，对于电力电子-脉冲宽度调制（PWM）直流到直流电源转换的技能要求。

8.Electric Circuits-10th edition - by James W. Nilsson&James W. Nilsson

一本国外的《电路》经典教材，《Electric Circuits》 第十版，作者是詹姆斯。本书适用于想系统了解电路的学生、工程师群体，这本书是近25年来使用最广泛的电路入门教材。提供给学员个性化的学习、辅导，通过电路分析帮助解决如何使用技术，与实际工程师面临的问题相关联，如何评估问题，理解基本方程式和概念理论，帮助学员专注于电路中的关键原理。

9.Fast Analytical Techniques for Electrical & Electronic Circuits（电路电子快速分析技术）

目前大多数工程师和学生都知道的电路分析，唯一方法大都是节点或回路分析。这本书独特之处在于，作者描述了解决复杂线性电路符号的形式，和获得任何传递函数或阻抗等有意义参数的替代技术，为工程师提供了一整套解决电路设计问题的强大工具，也提供了读者对于电路操作的理解。

10.开关变换器的建模与控制

本书系统论述了开关变换器建模与控制方面的基本原理、基本方法、基本仿真技术以及实用设计方法。主要内容有：连续导电模式（CCM）下开关变换器建模；断续导电模式（DCM）下开关变换器建模；开关调节系统的基础知识；电压控制型开关调节系统；平均电流控制型开关调节系统；峰值电流控制型开关调节系统；开关变换器的仿真技术；谐振变换器建模。