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在現代電子設備中，反激電路作為一種高性價比的開關電源結構，廣泛應用于家電、工業及汽車等領域的小功率供電場景。無論是在車載電子設備還是智能家居中，反激電路的設計都至關重要。本文基于芯洲科技SCT81623Q反激控制器，深入探討反激電路的環路設計，重點解析輔助繞組反饋和光耦反饋兩種形式，幫助優化補償網絡設計，提升電源系統的穩定性和效率。

芯洲科技SCT81623Q是一款非同步反激控制器，支持連續導通模式（CCM），適用于汽車12V蓄電池供電系統，可提供2A負載電流下的12V穩定輸出。其輸入耐壓高達62V，可直接連接乘用車或商用車電池系統，無需輔助繞組供電。為降低MOSFET電流應力并提升效率，設計采用200kHz開關頻率以最小化開關損耗和導通損耗。

一、CCM 反激電路小信號建模

其中：

•  Gvd(s) 是占空比到輸出電壓的傳遞函數
•  Gid(s) 是占空比到電感電流的傳遞函數
•  H(s) 是反饋網絡和補償網絡的傳遞函數
•  Fm 是調制比
•  RSNS 是電流采樣電阻

圖2 反激電路開關狀態圖

當開關Q導通時，電流流入變壓器初級線圈，電流線性上升，能量存儲在原邊繞組中，次邊感應電流被二極管反向截止。當開關Q斷開時，初級線圈電流瞬間關斷，能量通過次級線圈同二極管組成電流通路，傳遞到輸出電容并給輸出負載供電。

忽略開關周期中的紋波，對開關狀態做平均化處理，引入小信號干擾并結合穩態分析，可得到功率級的整體開環傳遞函數，詳情請點擊閱讀原文：

如果考慮輸出電容的ESR，CCM下的反激電路有一個右半平面零點，一個輸出極點和一個高頻零點：

二、閉環補償網絡的設計

根據不同的反饋電路形式，我們將對輔助繞組反饋和光耦反饋的補償環路分別做討論：

• 歸一化變壓器

輔助繞組反饋下，隔離側的輸出信息并沒有直接反饋至反激控制器，通過輔助繞組上模擬的假負載來實現隔離側輸出的相對穩定。因此在設計反饋補償網絡時，應將隔離側的輸出負載情況歸一到輔助繞組側，將變壓器簡化為只有一組原邊一組副邊的形式。

• 補償網絡設計

SCT81623Q采用峰值電流模式控制，便于補償和快速瞬態響應。通過輔助繞組，利用外部電阻R3、電容C1和可選的C2連接到COMP引腳和內置的部分補償網絡可共同實現絕大多數工況下的良好環路補償。注意通常C1>>C2，補償環路的傳遞函數如下：

其中：

•  gm是誤差放大器的跨導

該補償環路能夠提供兩個極點和一個零點，分別如下：

在確定具體的RC網絡值之前，通常需要先確定閉環系統的穿越頻率。將穿越頻率設置在fCROSS = fRHZ/5是較為合理的，能獲得穩定的系統和良好的動態負載響應。閉環傳遞函數在穿越頻率處是單位增益，從而可以推導出補償電阻R3取值：

可選的補償電容C2對大多數應用來說并非必需。如果ESR零點fZ1位于開關頻率的一半以下，則可將其放置在fZ1附近。補償電容C1主要用于提升相位，為了簡化零點fZ2的選擇，一個較好的原則是將fZ2放置在fCROSS和fP1的幾何平均值之間：

為了獲得隔離側準確穩定的輸出，可使用光耦器件和外部基準源（TL431）組成隔離的反饋和補償網絡。在這種反饋方式下，芯片FB引腳直接連接到地，COMP引腳通過外部上拉電阻上拉到外部電壓（VCC）以從光耦獲得反饋信號。

•  補償網絡設計

通過光耦，使用外部網絡包括連接到COMP引腳的補償電阻R3和補償電器C1，連接到基準源TL431的反饋電阻R4和電容C2，用于環路補償?？梢缘玫窖a償網絡的傳遞函數：

該補償網絡提供兩個零點和一個極點，分別為：

反饋電阻選取

R1和R2是輸出電壓的分壓網絡電阻。TL431的參考電壓是VREF=2.5V。通常建議選擇R2在1到10kΩ之間。然后，R1可以計算為：

穿越頻率選取

為了獲得安全穩定的環路，穿越頻率選擇為右半平面零點的1/5：

光耦電阻選取

CTR（電流傳輸比）KOPTO典型值為1，光耦的集電極電流為1mA。應保證集電極電阻能夠獲得有效的COMP電壓：

其中：VCOMP_H是高鉗位電壓，典型值為2.55V

由于VCC典型值為6.1V，這里選擇RC=4.99kΩ。正向導通電阻應確保BJT飽和時導通電流足夠。

其中：

•  VF 是LED的正向電壓，通常為1.25V
•  VCE_SAT是BJT的飽和電壓，通常為0.4V

在穿越頻率處，反饋環路將有單位增益。中頻增益可以推導為：

從而正向導通電阻可以由下式得到：

RF不應超過RFMAX值，在大多數應用中RFMAX被選取。

補償網絡值選取

補償電阻R3對穿越頻率有很大影響。穿越頻率越高，閉環環路對瞬態變化的反應越快。降低R3的電阻值可以降低頻率，有助于提高控制環路在規定的供電電壓范圍內的穩定性。知道所需的環路穿越頻率，R3可以使用下式計算：

其中：

•  GCOMP典型值為0.24

補償電容C1用于提升環路相位，通常我們可以將低頻零點放置在穿越頻率和開環系統的低頻極點的幾何平均值處。

TL431補償網絡選取

通常，一個較好的原則是將零點fZ2放置在和極點fP2相同位置以抵消極點fP2。因此，C2和R4可以很容易地選?。?/p>

三、設計示例

下表給出了光耦反饋示例的設計參數。

根據2.2的設計過程，得到基于光耦反饋的補償網絡參數

搭建了相同參數下的SCT81623Q的實測電路，利用環路分析儀測得其閉環波特圖結果如下，從實測結果看有較好的相位裕度PM及增益裕度GM, 穿越頻率與設計值相比偏小，這是由于式(14)的設計忽略了低頻零極點對的影響，為提高瞬態響應，可適當減小COMP補償電容，犧牲部分相位裕度獲得更高的環路帶寬，本設計指南可較好的實現CCM下反激電路環路補償網絡的設計。

芯洲科技提供多款規格的車規級反激控制器產品，覆蓋汽車空調壓縮機、熱管理系統、電驅電控等應用，具體型號推薦及簡介如下：

你在反激電路設計中遇到過哪些挑戰？是環路補償難以調試？還是瞬態響應不夠快？

或者是對不同反饋形式的選擇感到困惑？歡迎在下方留言互動~