开关电源设计概述
1. 环路分析与设计课程导论
环路分析与设计”系列课程的第一步，旨在为后续学习打下坚实的数学与概念基础。课程强调从物理意义出发理解数学工具，而非仅进行形式化推导。
2. 课程目标与内容概览
课程的主要目标包括：
- 对环路分析与设计建立整体认知；
- 通过实例说明环路部分对输出电压的影响；
- 明确环路稳定性的基本要求；
- 引入传递函数（Transfer Function） 的概念与定义；
- 通过实际例子演示如何在时域（time domain） 中求解传递函数；
- 介绍后续所需的数学工具及其物理背景。
3. 数学函数的物理意义与应用背景
强调：所有数学函数的提出都源于实际问题，并非凭空构造。理解其物理背景有助于降低学习难度并增强直觉。
常见函数及其物理意义：
-
正弦函数（Sine Function）
用于描述周期性现象（如交流电压、电流）。
特殊性质：对正弦函数求导或积分，结果仍是同频率的正弦或余弦函数，仅相位偏移 90°
例如：
-
指数函数（Exponential Function）
自然界中许多过程遵循指数规律，如电容充电/放电：
其中 τ=RC 为时间常数。
-
以 e为底的指数函数（e^x）
具有独特性质：其导数和积分仍为自身：
这一性质极大简化了微分方程的求解，在系统分析中极为重要。
-
对数函数（Logarithmic Function）
作为指数的反运算，核心优势在于将乘除运算转化为加减运算：
进一步地，可将非线性关系线性化（如将幂律曲线变为直线），这正是波特图（Bode Plot）采用对数坐标的根本原因。
4. 微分的物理含义：扰动与稳定性
- 数学上的微分 ↔ 物理上的扰动（perturbation）。
- 环路稳定性研究的核心是：系统对微小输入波动的响应是否收敛。
- 若系统对任意微小扰动都能恢复稳态，则称其稳定；否则不稳定。
- 因此，微分不仅是数学操作，更是分析系统动态行为的关键工具。
5. 相量表示法（Phasor Representation）
- 正弦信号
需用幅值、频率、相位三个参数完整描述。 - 当频率固定时，可使用相量（Phasor） 表示：
- 相量在复平面上表示，便于进行代数运算（如加法、乘法），远比时域波形叠加简便。
- 相量法是频域分析的基础工具之一。
6. 傅里叶变换（Fourier Transform）的物理意义
- 核心思想：任意随时间变化的信号（满足一定条件）可分解为多个不同频率的正弦分量的叠加。
- 通过图形化方式（如频谱图）可直观展示各频率成分的幅值与相位。
- 实现了从时域分析到频域分析的转换：
- 时域：研究单一复杂信号；
- 频域：研究多个简单正弦分量的组合。
- 傅里叶变换是理解系统频率响应的前提。
7. 拉普拉斯变换（Laplace Transform）及其在电路分析中的应用
- 拉普拉斯变换是傅里叶变换的推广，适用于更广泛的信号（包括非周期、增长信号）。
- 定义（单边）：
- 在电路分析中，拉普拉斯变换可将微分方程转化为代数方程，极大简化求解过程。
- 传递函数 H(s)即在 s 域中定义的输出与输入之比：
- 整个课程将在频域（s 域） 中展开，因此掌握拉普拉斯变换至关重要。
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