在開關(guān)電源設(shè)計中，環(huán)路補償如同汽車的懸掛系統(tǒng)——調(diào)校得當(dāng)才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。BUCK轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性直接決定了輸出是否紋波小、響應(yīng)快、抗干擾強，而環(huán)路補償是實現(xiàn)穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過合理的環(huán)路補償設(shè)計，可以有效避免系統(tǒng)振蕩，提高電源的可靠性和性能。

01系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計的工程哲學(xué)

開關(guān)電源的閉環(huán)控制本質(zhì)上是動態(tài)平衡的藝術(shù)。

功率級電路作為能量傳輸?shù)摹案咚俟贰?，?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1559843.html">LC濾波器形成的二階系統(tǒng)具有天然的相位滯后特性，圖 4.5所示。這種相位滯后會導(dǎo)致系統(tǒng)在高頻段出現(xiàn)振蕩，影響穩(wěn)定性。

控制環(huán)路則扮演著“智能交通系統(tǒng)”的角色，既要保證能量傳輸?shù)目焖夙憫?yīng)，又要維持系統(tǒng)的動態(tài)平衡。這種矛盾統(tǒng)一的關(guān)系，使得環(huán)路補償設(shè)計成為連接功率硬件與控制算法的關(guān)鍵橋梁。

02?為什么需要環(huán)路補償？

參考[?如何學(xué)習(xí)開關(guān)電源？從“大”到“小”學(xué)習(xí)開關(guān)電源...?]，我們將開關(guān)電源分為“大”功率傳輸和“小”環(huán)路控制。

BUCK電路本質(zhì)上是一個閉環(huán)系統(tǒng)，也包含功率級（開關(guān)管、電感、電容）和環(huán)路控制 。由于電路中存在電感和電容等儲能元件，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)會存在極點和零點，可能導(dǎo)致相位裕度不足，引發(fā)振蕩。

補償電路的作用就是，通過調(diào)整反饋環(huán)路的增益和相位特性，使系統(tǒng)在目標(biāo)頻率（交越頻率）處具備足夠的相位裕度（通常>45°），從而確保穩(wěn)定性。

03?環(huán)路補償?shù)脑O(shè)計流程

3.1. 確認(rèn)系統(tǒng)參數(shù)：設(shè)計前的“體檢報告”

在開始環(huán)路補償設(shè)計之前，需要確認(rèn)系統(tǒng)參數(shù)。這包括輸入電壓范圍、輸出電壓、開關(guān)頻率、電感和電容參數(shù)等，這些參數(shù)將直接影響環(huán)路補償?shù)脑O(shè)計。

3.2. 分析功率級特性：找到電路的“敏感點”

• BUCK電路功率級（具體來說是LC濾波器）會自帶“LC雙極點”和“ESR零點”，這就是會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的“敏感頻率點”。
• 參考圖 4.5，BUCK電路“被控對象”的傳遞函數(shù)，如下所示：

• 極點頻率和零點頻率：

ω_LC 就是“LC濾波器”產(chǎn)生的雙極點（共軛極點），ω_ESR 就是輸出電容ESR產(chǎn)生的高頻零點。

• LC濾波器的頻率響應(yīng)特性，如圖 4.12所示：

3.3. 選擇交越頻率：速度與穩(wěn)定的“黃金分割”

交越頻率（F0）是開關(guān)電源控制環(huán)路中增益曲線首次穿越0dB線的頻率點，相當(dāng)于環(huán)路的“有效帶寬”。它決定了電源系統(tǒng)對負(fù)載變化的響應(yīng)速度，同時直接影響穩(wěn)定性，是環(huán)路設(shè)計的核心指標(biāo)之一。一般來說，交越頻率的選擇應(yīng)滿足以下條件：

• 交越頻率應(yīng)低于開關(guān)頻率的1/5，以避免開關(guān)噪聲的影響。
• 交越頻率應(yīng)高于LC濾波器的諧振頻率，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.4. 選擇補償器類型：針對“敏感點”的“殺手锏”

• Type II，提供1個零點用于抵消LC雙極點中的一個，提供1個極點用于濾波
• Type III，提供2個零點用于抵消LC雙極點，提供2個極點用于降噪

3.5. 參數(shù)計算與驗證：對“癥”下“藥”

• 步驟1：計算零點FZ1、FZ2補償LC雙極點相位滯后
• 步驟2：極點FP2抵消FESR，F(xiàn)P3抑制高頻噪聲
• 步驟3：代入公式計算R、C值，優(yōu)先選標(biāo)準(zhǔn)件

04?避坑指南：這些錯誤千萬別犯！

• 忽略ESR變化：陶瓷電容ESR隨溫度/電壓變化，需留20%余量，以確保系統(tǒng)在不同工作條件下的穩(wěn)定性。
• 帶寬過高：交越頻率F0過高（超過開關(guān)頻率的1/5）可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，影響穩(wěn)定性。設(shè)計時應(yīng)合理選擇交越頻率在1/10到1/5的開關(guān)頻率范圍內(nèi)。
• 盲目堆電容：過多電容降低LC雙極點頻率FLC，需重新設(shè)計補償網(wǎng)絡(luò)。
• 忽略布局：補償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遠(yuǎn)離開關(guān)節(jié)點，避免噪聲耦合。合理的PCB布局對環(huán)路穩(wěn)定性至關(guān)重要。

05 總結(jié)：“環(huán)路設(shè)計=醫(yī)生開藥方”

• 環(huán)路設(shè)計可以類比為醫(yī)生開藥方：

診斷（參數(shù)測量或理論計算）→ 開藥（補償器選型）→ 復(fù)查（波特圖驗證）→ 沒問題，結(jié)束；有問題，繼續(xù)修復(fù)，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。

• 工具推薦

LTspice仿真：用于模擬和驗證環(huán)路補償設(shè)計。

廠商設(shè)計工具（如IR的SupIRBuck工具鏈）：提供自動化設(shè)計和優(yōu)化功能。

• 關(guān)鍵點提示

相位裕量：應(yīng)大于45°，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。

增益裕量：應(yīng)大于10dB，以確保系統(tǒng)在不同工作條件下的穩(wěn)定性。

交越頻率：應(yīng)選擇在開關(guān)頻率的1/5以下，以避免開關(guān)噪聲的影響。

一句話記牢：相位裕量>45°，斜率-20dB/Dec過零點，閉環(huán)穩(wěn)如泰山！