1. 緒論
在開關模式的功率轉換器中，功率開關的導通時間是根據輸入和輸出電壓來調節的。因而，功率轉換器是一種反映輸入與輸出的變化而使其導通時間被調制的獨立控制系統。由于理論近似，控制環的設計往往陷入復雜的方程式中，使開關電源的控制設計面臨挑戰并且常常走入誤區。下面幾頁將展示控制環的簡單化近似分析，首先大體了解開關電源系統中影響性能的各種參數。給出一個實際的開關電源作為演示以表明哪些器件與設計控制環的特性有關。測試結果和測量方法也包含在其中。
2. 基本控制環概念
2.1 傳輸函數和博得圖
系統的傳輸函數定義為輸出除以輸入。它由增益和相位因素組成并可以在博得圖上分別用圖形表示。整個系統的閉環增益是環路里各個部分增益的乘積。在博得圖中，增益用對數圖表示。因為兩個數的乘積的對數等于他們各自對數的和，他們的增益可以畫成圖相加。系統的相位是整個環路相移之和。
2.2 極點
數學上，在傳輸方程式中，當分母為零時會產生一個極點。在圖形上，當增益以20dB每十倍頻的斜率開始遞減時，在博得圖上會產生一個極點。圖1舉例說明一個低通濾波器通常在系統中產生一個極點。其傳輸函數和博得圖也一并給出。
2.3 零點
零點是頻域范圍內的傳輸函數當分子等于零時產生的。在博得圖中，零點發生在增益以20dB每十倍頻的斜率開始遞增的點，并伴隨有90度的相位超前。圖2描述一個由高通濾波器電路引起的零點。
存在第二種零點，即右半平面零點，它引起相位滯后而非超前。伴隨著增益遞增，右半平面零點引起90度的相位滯后。右半平面零點經常出現于BOOST和BUCK-BOOST轉換器中，所以，在設計反饋補償電路的時候要非常警惕，以使系統的穿越頻率大大低于右半平面零點的頻率。右半平面零點的博得圖見圖3。
光耦電路把誤差放大網路產生的誤差信號傳輸到主邊。AS3842 PWM電路把這個誤差電壓與通過主邊功率變壓器的電流進行比較。然后功率場效應管的占空比被調制，以提供足夠的電流到副邊來維持想要的輸出。
光耦的小信號傳輸函數是與光耦的電流傳輸比成比例的固定增益。R5(原文誤為R6，式5一并改為R5，譯注)是與光耦的二極管串聯的限流電阻，并且是AS3842誤差放大器的輸出阻抗(此句應該理解為R5是這個AS3842開關電源電路中，誤差放大器部分的輸出阻抗，譯注)。這一點在應用文檔“Secondary error amplifier with the AS431”中有深入的闡述。從誤差放大器的輸出到AS3842的COM腳的傳輸函數是：
VCATHODE是AS431的陰極電壓，也就是誤差補償放大器的輸出電壓。CTR是光耦的電流傳輸比。R5(原文為R6，譯注)是與光耦的二極管串聯的限流電阻。RCOMP是AS3842的COMP腳當其試圖拉電流超過它的最大輸出電流時的輸出阻抗。
當誤差信號傳遞到補償腳以后，將其與電流檢測信號比較。圖9表示一個電流檢測比較器和開關部分的簡單框圖：
在閉環系統中，VCOMP與ISENSE維持同樣的電平。因此，IPRIMARY被VCOMP有效的調節：
從ISECONDARY以后(見圖9)，副邊電流或者說輸出電流與主邊電流成比例，把等式(4)重新排列表示出副邊電流與VCOMP之間的關系。結合等式(3)和(6)得到PWM部分的傳輸函數：傳輸函數G2(s)僅包含增益沒有相移。
4.4 誤差放大器補償網絡G3(S)
一旦輸出濾波器和PWM電路部分的傳輸函數確定下來，然后可以設定誤差放大器補償網絡以取得最優化的系統性能。圖10例舉出一個在低頻時提供高的頻率滾降和高增益的補償方案。這個補償方案有一些很好的特性適合于誤差放大器的補償，它有很高的直流增益和易控的滾降。
4.5 整個系統
因為這是一個線性系統，可以用疊加的方法得到整個系統的傳輸函數。通過把整個環路各部分的增益和相位疊加起來，產生整個系統的博得圖。通過放置補償網絡的極點和零點使系統的性能最優化。圖11把各部分的博得圖結合起來，負反饋系統的180度相移也加入進來了。
5. 測量結果
構造一個150W的電流模式正激轉換器，經過修正的小信號環路特性顯示出它在系統瞬態響應時所起的作用。圖13(原文誤為圖12，譯注)給出它的增益-相位圖。與圖11所展示的一樣，獲得了相同的博得圖曲線。此增益相位圖顯示這個系統有86.7度的相位裕量。意味著穩定的系統有快速的瞬態響應。圖15(原文誤為圖13，譯注)給出系統的瞬態響應。為了展示相位裕量的作用，通過增加整個系統的增益和提高穿越頻率，系統的相位裕量會減少。穿越頻率提高時系統的相位裕量在減少。圖12(原文誤為圖14，譯注)給出更高的穿越頻率和更少的相位裕量(65度)時的系統博得圖。其瞬態響應見圖14(原文誤為圖15，譯注)，注意更少的相位裕量導致更大的振蕩和更長的調節時間。表1比較了這兩個不同增益大小的系統之間線性和負載調節率的變化。正如前面所述，高的環路增益得到更緊密的線性和負載調節率。還應該注意需在高的相位裕量和較低的環路增益之間取得平衡。
6. 測量方法
為了保證準確的結果，測試信號接入節點的阻抗必須大于它的輸出阻抗。在圖6的測試電路中，誤差放大器在副邊，PWM電路在主邊。測試信號在光耦的輸出和AS3842的VCOMP輸入之前接入。輸入阻抗是從VCOMP腳看入時的阻抗，輸出阻抗是光耦的輸出阻抗。在其他誤差放大器和PWM電路沒有隔離的應用中，測試信號可以在輸出濾波電容之后接入，使其與誤差放大器的輸入相串聯。