电源反馈设计速成篇之九 比较篇

DCDC模块电源的反馈电路和设计方法1.设定输出电压：根据所需的应用要求，确定DCDC模块的输出电压。

这个输出电压将是反馈电路中的一个参考值。

2.选择参考源：选择一个合适的参考源来提供稳定的参考电压。

这可以是一个精确的参考源芯片，如LM4140或ADR5040，或者是使用电阻分压电路来生成基准电压。

3.设计误差放大器：误差放大器是反馈电路的核心部分，它将输出电压与参考电压进行比较，并生成误差信号。

这个误差信号将用于调整模块的控制电路。

误差放大器通常使用运算放大器来实现，可以使用标准的运算放大器芯片，如LM358或OPA3414.设计比较器：比较器是用于将输出电压与参考电压进行比较的电路。

它生成一个逻辑信号，表示输出电压是否高于或低于参考电压。

比较器可以使用专门的比较器芯片，如LM393或LM311，或者使用运算放大器来实现。

5.设计控制电路：控制电路根据误差信号和比较器的输出来调整开关管的导通时间。

控制电路可以使用数字控制器、模拟控制器或专门的控制芯片来实现。

这个控制电路应该能够根据误差信号的大小和方向来调整开关管的导通时间。

6.添加过压和欠压保护：为了保护DCDC模块和负载，可以添加过压和欠压保护电路。

这些保护电路可以根据输出电压的水平来触发开关，从而保护模块和负载。

7.优化滤波和稳压电容：为了提高稳定性和滤波效果，可以在输入和输出端添加滤波电容。

这些电容可以帮助去除电源线上的噪音和纹波，并提供稳定的输出电压。

总结起来，设计DCDC模块的反馈电路需要考虑输出电压、参考源、误差放大器、比较器、控制电路、过压和欠压保护、滤波电容等各个方面。

合理的设计反馈电路可以实现对输出电压的精确控制，并提供稳定可靠的电源。

多合一控制器电源设计多个方案比较及优化在电子设备的设计与制造中，电源是一个至关重要的组成部分。

为了提供稳定可靠的电能供应，多合一控制器电源被广泛采用，并且在不同的应用领域有着各种各样的设计方案。

本文将分别对几种常见的多合一控制器电源设计方案进行比较，并提出优化方案。

一、直接线性调整器（LDO）方案直接线性调整器是一种传统且基础的电源设计方案，其原理是通过降低输入电压以实现稳定输出。

该方案具有以下优点：1. 简单且易于实现；2. 效率相对较高；3. 输出纹波较小。

然而，直接线性调整器方案也存在一些缺点：1. 输入电压波动时，输出电压波动较大；2. 需要较大的输入输出电压差，造成能量损耗；3. 不适用于高功率应用。

二、开关电源方案开关电源是一种高效率的电源设计方案，通过快速开关电路的工作状态来控制输入电源，以稳定输出电压。

开关电源方案具有以下优点：1. 高效率，能够减小能量损耗；2. 输入电压变化时，输出电压保持较为稳定；3. 适用于多种功率需求。

然而，开关电源方案也存在一些缺点：1. 产生较大的电磁干扰；2. 对于高功率应用，系统复杂且成本较高；3. 需要专业技术人员进行设计与调试。

三、开关模式电源方案开关模式电源是一种高频开关电源方案，通过定期关断电流，以保持稳定的输出电压。

开关模式电源方案具有以下优点：1. 高效率且稳定性好；2. 适用于广泛的应用领域；3. 体积小巧，适合集成化设计。

然而，开关模式电源方案也存在一些缺点：1. 需要使用复杂的控制电路；2. 对于初学者来说，设计与调试可能较为困难；3. 输出纹波相对较大。

综上所述，针对多合一控制器电源设计，我们可以根据具体的需求来选择不同的方案。

对于功率要求不高且成本敏感的应用，直接线性调整器方案是一个简单可行的选择；对于高功率要求和较高效率的应用，开关电源方案是更好的选择；而对于需要稳定性和集成化设计的应用，开关模式电源方案则是首选。

在进行具体设计时，我们还可以通过优化设计方案来改善电源性能。

电源方案比较在现代科技的发展中，电源方案是电子设备运行的关键。

不同的电源方案可以根据设备的需求，提供不同的功耗、稳定性和可靠性。

本文将比较几种常见的电源方案，包括线性电源、开关电源和电池供电，并对其优缺点进行分析，以便读者能够选择合适的电源方案。

1. 线性电源线性电源是一种传统的电源方案，通过将输入电压通过变压器降压到所需电压水平，并通过线性稳压器来稳定输出电压。

线性电源的优点是简单、成本低廉、噪音低，并且没有开关元件，因此不存在开关元件损耗带来的损耗。

然而，线性电源的功耗高，效率低，因为输入电压和输出电压之间的电压差会以耗散的方式转化为热量。

此外，线性电源对输入电压的波动非常敏感，如果输入电压波动较大，则输出电压会发生明显的变化。

2. 开关电源开关电源是一种高效的电源方案，通过开关元件将输入电压转换成高频的脉冲信号，然后通过滤波器和稳压器将其转换为稳定的输出电压。

开关电源的优点是高效、体积小、重量轻，并且能够适应不同的输入电压范围。

开关电源的缺点是成本较高、输出电压存在一定的纹波、输出电压的稳定性较差，对于一些对电压稳定性要求较高的设备可能不适用。

此外，开关电源在工作时会产生较高的电磁干扰，需要进行屏蔽和滤波。

3. 电池供电电池供电是一种独立的电源方案，通过将设备连接到电池上来提供电力。

电池供电的优点是灵活性高、无需外部电源、对电压稳定性要求较低，并且能够在停电或没有电源接口的情况下继续为设备供电。

电池供电的缺点是电池寿命有限，需要定期更换或充电，并且电池容量限制了设备的使用时间。

此外，电池供电还需要考虑电池的安全性和环境问题。

综上所述，不同的电源方案都有各自的优缺点，选择适合的电源方案需要综合考虑设备的功耗需求、稳定性要求、成本限制、体积和重量要求等因素。

在实际应用中，通常会根据具体的场景需求选择合适的电源方案。

例如，对于对电压稳定性要求较高的精密仪器，可以选择线性电源或开关电源；对于便携设备或无外部电源接口的设备，可以选择电池供电；对于功耗较大的设备，可以选择开关电源等。

如何设计一个简单的反馈电路在电子电路中，反馈电路是一种常见的设计元素。

它可以用于增强电路的稳定性、控制增益以及减少非线性失真等。

本文将介绍如何设计一个简单的反馈电路，以实现稳定的信号放大。

1. 选择放大器类型在设计反馈电路之前，首先需要选择适合的放大器类型。

常见的放大器类型包括运算放大器（Op-Amp）和晶体管放大器。

选取合适的放大器类型取决于你的具体需求，如放大倍数、频率响应等。

2. 确定反馈类型反馈电路可以分为正反馈和负反馈两种类型。

正反馈会增加输入信号的幅值，使电路不稳定，并可能导致振荡。

因此，我们通常选择负反馈来实现稳定的放大。

3. 设计反馈网络反馈网络是实现负反馈的关键部分。

常见的反馈网络包括电阻、电容和电感等元件。

具体的设计取决于放大器的特性和所需的频率响应。

4. 计算反馈比例在设计反馈电路时，需要计算反馈比例来确定输入信号与反馈信号之间的关系。

反馈比例决定了放大器的增益情况，可以通过调整反馈网络的元件值来进行控制。

5. 仿真和测试完成反馈电路的设计后，进行仿真和测试是必不可少的。

使用电路仿真软件可以评估电路的性能，并进行必要的调整。

实际测试时，可以使用示波器、函数发生器等测量工具来验证电路的功能和性能。

6. 优化和调整根据仿真和测试的结果，可能需要对反馈电路进行优化和调整。

例如，调整反馈比例、改变滤波器的频率响应等，以达到所需的效果。

7. 电路保护在设计反馈电路时，需要考虑电路的保护机制，以防止过载、过热等问题。

可以采用过流保护、过温保护等方法，保护电路的稳定运行。

总结：设计一个简单的反馈电路需要选择合适的放大器类型，确定反馈类型，设计反馈网络，计算反馈比例，并进行仿真和测试。

通过优化和调整，最终实现所需的电路功能。

同时，需要考虑电路保护，确保电路的稳定性和可靠性。

通过以上步骤和原则，你可以设计并实现一个简单的反馈电路，为你的电子电路提供稳定的信号放大效果。

希望本文对你有所帮助！。

电源反馈设计速成篇之五: 设计篇 (Voltage mode, CCM)设计的目的是为了系统稳定且有足够频率响应使系统在负载变化时得到较小的电压波动.传统的无差运放调节器分为一类(Type 1), 二类(Type 2)和三类(Type 1), 对应其有一个, 两个和三个极点.图1为Type 1补偿器. 其传递函数为一积分器.应用Type1补偿器时，为了系统稳定，剪切频率必须远在LC 谐振双极点之前．一般应用于对负载变化要求不高的场合．1111C R s G I ⋅⋅= 图2为Type 2补偿器, 其传递函数为)/1()/1(1)(1211p z II s s s C C R G ωω++⋅⋅+⋅=, 其中212121C C C C R p +⋅⋅=ω，221C R z ⋅=ω 图3为Type 2补偿器波特图．相比Type1多引入了一个零点和极点，零点在前极点在后因此可以提升相位，推高剪切频率提高系统响应速度．图4为Type 2补偿器系统设计波特图，黑色为主电路开环频率响应，粉红色为补偿器频率响应，蓝色为整个系统开环回路增益(Loop Gain)，虚线为运放开环增益．剪切频率可在LC 谐振双极点之后．其前提是ESR 零点在剪切频率之前靠近LC 谐振双极点，否则相位裕量不够．设计要点是放零点在LC 谐振双极点之前如0.1倍处，极点在0.5倍开关频率之前以衰减高频噪声．图5为Type 3补偿器波特图．相比Type2又多引入了一个零点和极点，零点在前极点在后因此可以提升更多相位，推高剪切频率提高系统响应速度．图6为Type 3补偿器系统设计波特图，黑色为主电路开环频率响应，粉红色为补偿器频率响应，蓝色为整个系统开环回路增益(Loop Gain)，虚线为运放开环增益．剪切频率可在LC 谐振双极点之后．设计要点是放两个零点在LC 谐振双极点之前如0.5和1倍处以抵消LC 谐振双极点，一个极点在ESR 零点处抵消ESR 零点,处另一个极点在0.5倍开关频率之前以衰减高频噪声．图1. Type 1补偿器图2. Type 2补偿器图3. Type 2补偿器波特图图４. Type 2补偿器系统设计波特图图5. Type 3补偿器图6. Type 3补偿器波特图图7. Type 3补偿器系统设计波特图Type 2补偿器, 其传递函数为)/1()/1()/1()/1(1)(12121211p p z z III s s s s s C C R G ωωωω+⋅++⋅+⋅⋅+⋅=, 其中2121211C C C C R p +⋅⋅=ω，3321C R p ⋅=ω,2211C R z ⋅=ω, 3312)(1C R R z ⋅+=ω 设计例子: Vin=5V, Vout=3.3V, Fsw=300kHz, Cout=990uF, ESR=5mohm, L=900nH, DCR=3mohm, 剪切频率希望在90kHz, 相位裕量45度.Type 2设计: R1=4.12k, R2=124k, C1=8.2pF, C2=2.2nF, 设计结果如图8所示. 相位裕量不到45度, Type 2已经无能为力了.Type3 设计: R1=4.12k, R2=20.5k, R3=150ohm, C1=0.22nF, C2=2.7nF, C3=6.8nF, 设计结果如图9所示. 相位裕量45度有余.原文是Intersil Technical Brief 417(TB417). 有兴趣的可看原文. 图画的不错就拷贝来了.这里的设计方法仅限于已知电容量大小, 对模块电源来说, 不接电容和接不同类型电容都要稳定, 则剪切频率不可能太高,Type 1或Type 2或其他类型补偿器也能使用, 因根据实际情况加以调整而不可拘泥.图8. Type 2设计结果图9. Type 3设计结果。

电源反馈设计速成篇之八: 建模篇(Peak Current Mode) 图1为Peak Current Mode 等效小信号模型. Vg为输入电压, Vo为输出电压, io 为输出电流, iL 为电感电流, d为占空比, Vc为反馈控制电压. Gvg为Vg到Vo的传递函数, Gvd为d 到Vo的传递函数, Gig, Gio, Gid分别为Vg, io, d到iL的传递函数, Zo为开环输出阻抗, Fm为等效调制比(Voltage Mode就是三角波幅度倒数, Current Mode是电压和电流的综合),Kf和Kr是考虑了Vg和Vo的扰动影响, 其值很小, 一般忽略没有大的影响. Hv是电压反馈环, Hi是电流采样系数, 负号表示负反馈. 如果是采样电阻的CIC(Current Injection Control)法, Hi就是采样电阻,如果是电感电压的SCM(Standard Current Mode)法, Hi要根据具体电路求得. Current Mode的精髓是要知道电感的di/dt.Gvg, Gvd, Zo, Gig, Gid, Gio这些传递函数都可以由Voltage Mode得到. 不再赘述.图1. Peak Current Mode等效小信号模型He 是等效采样保持传递函数1)(−⋅=⋅sT s se e T s s HTs 为开关周期.如下表:: Ri 为电流取样电阻, 即Hi.可以证明, 不论Ri 去多大, 电流内环都一样, 因为Fm 可以和Ri 对消．一般Ri 由功耗等决定．定义s e n s n c m T S S T S m F )(11+==, ne cS S m +=1Ts 为开关周期, Se 为外加斜坡补偿三角波幅值, Sn 为电感电流采样等效三角波幅值. mc 为衡量斜坡补偿效果系数, mc=1即Se=0, 为纯电流控制，mc>>1既外加斜坡补偿>>电感电流采样等效三角波幅值, 退化为Voltage Mode.一般mc=1.5-2.Hv 为设计参数，一般用Type2补偿，零点决定响应快慢，极点补偿ESR 零点，ＲＨＰ零点，或1/2开关频率，三者取其低的值.以上为CCM Mode, 如果为DCM mode, 则开环参数为DCM mode 下的各个参数, 如下表:图1为整个系统的信号流图, 在推导小信号公式时有很多变量为零, 可大大简化. 以控制到输出传递函数为例, 图2为buck 电路, 图3为buck 小信号模型和控制到输出信号流图.V in图2. Buckd*Vap/Dvc图3. Buck 小信号模型和控制到输出信号流图可以求得电流内环开环回路增益Ti 为)()(s G s H H F T id e i m i ⋅⋅⋅=,电阻取样Hi=Ri, 否则要另行计算, 和具体电路有关. 当电流内环闭环时, 控制到输出传递函数Goc 为)(1)(s G F K T s G F G vd m r i vd m oc ⋅⋅−+⋅=电压回路增益Tv 为)()(s G s H F T vd v m v ⋅⋅=, Hv(s)为要设计的反馈部分.电压外环回路增益T2为ivT T T +=12, 根据T2来看相位和幅值裕量. 电流环闭合后输出阻抗Zoicl 为gi vd m e i vd o oicl V T s G F s H H s G s Z Z ⋅+⋅⋅⋅⋅+=)1()()()()(, Zo(s)为开环输出阻抗.电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zovcl 为ivd m r vd m v oiclovcl T s G F K s G F s H Z Z +⋅⋅−⋅⋅+=1)()()(1 例子 Buck 电路:Vg 11:=L 37.5106−⋅:= Rc 0.02:= C 400106−⋅:= Fs 50103⋅:= Vo 5:= R 1:=Ri 0.33:=Sn Vg Vo −L Hi ⋅:= Sn 5.28104×=Fm mc ()1mc Sn ⋅Ts ⋅:=mc 设为变量, 对Hv 零点和极点的选取:选择 wzc 使Settling time 为 0.5ms,wzc 10.5103−⋅:=wzc 2103×=选择wpc 为 ESR 零点, RHP 零点, 1/2 开关频率, 三者的低频:w ZESR 1.25105×=ws 2π⋅Fs ⋅:= 0.5ws 1.571105×= 因没有RHP 零点, ESR 零点比1/2 开关频率低, 取wpc w ZESR :=wpc 1.25105×= Rx 103:=Ry 103:=Hv s wi ,()Ry Rx Ry +wis1swzc +1s wpc+⋅:=Kr Ts Ri⋅2L ⋅:=Kr 0.088=Kf D −Ts ⋅Ri⋅L1D 2−⎛⎜⎝⎞⎟⎠⋅:=Kf 0.062−=图4为电流内环闭环时, 控制到输出传递函数Goc, 参变量mc 为1,1.2,1.5,2,4. Mc=1.5 –2时系统相位和幅值变化平稳. 选取mc=1.5.变化wi 不会改变Hv 相位, 选取 wi 以满足相位和幅值裕量要求. 图5给出了T2和wi 关系. 选取 wi = 40000, 剪切频率fc=13253 Hz, 相位和幅值裕量 55 degree, 6 dB.图6为求得反馈部分电阻,电容值后电流内环闭环时, 控制到输出传递函数Goc, mc=1为纯电流控制, mc=1.5为外加斜坡补偿的优化设计.图7为电流环闭合后输出阻抗Zoicl, mc=1为纯电流控制, mc=1.5为外加斜坡补偿的优化设计.图8为电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zoicl, mc=1为纯电流控制, mc=1.5为外加斜坡补偿的优化设计.图9-11分别为mc=1时的PSPICE 仿真结果, 用来验证公式的正确.101001.1031.1041.1051.10660402020gain Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.2,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.5,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅2,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅4,()()f n101001.1031.1041.1051.10620015010050180−phase Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.2,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅ 1.5,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅2,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅4,()()f n图4. 电流内环闭环控制到输出传递函数Goc101001.1031.1041.1051.10660303060gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,10000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,20000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,40000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,100000,()()gain T22i π⋅f n ⋅ 1.5,200000,()()f n101001.1031.1041.1051.10630025020015010050180−phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,10000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,20000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,40000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,100000,()()phase T22i π⋅f n ⋅ 1.5,200000,()()f n图5. 电压外环回路增益T2 和wi 关系1101001.1031.1041.1051.1068060402020gain Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()gain Goc 2i π⋅f n ⋅mc,()()f n1101001.1031.1041.1051.10620015010050180−phase Goc 2i π⋅f n ⋅1,()()phase Goc 2i π⋅f n ⋅mc,()()f n图6. 电流内环闭环控制到输出传递函数Goc (mc=1, 1.5)1101001.1031.1041.1051.10640302010gain Zoicl 2i π⋅f n ⋅1,()()gain Zoicl 2i π⋅f n ⋅mc ,()()f n1101001.1031.1041.1051.10680604020phase Zoicl 2i π⋅f n ⋅1,()()phase Zoicl 2i π⋅f n ⋅mc,()()f n图7.电流环闭合后输出阻抗Zoicl (mc=1, 1.5)1101001.1031.1041.1051.10680604020gain Zovcl 2i π⋅f n ⋅1,wi,()()gain Zovcl 2i π⋅f n ⋅mc ,wi,()()f n1101001.1031.1041.1051.106200100100180−phase Zovcl 2i π⋅f n ⋅1,wi ,()()phase Zovcl 2i π⋅f n ⋅mc ,wi ,()()f n图8. 电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zovcl (mc=1, 1.5)图9. Pspice 结果:电流内环闭环控制到输出传递函数Goc (mc=1)图10. Pspice 结果: 电流环闭合后输出阻抗Zoicl (mc=1)图11. Pspice 结果: 电流环和电压环都闭合后输出阻抗Zovcl (mc=1)。

电源反馈设计速成篇之九比较篇（CurrentModeorVoltageMode）电源反馈设计速成篇之九: 比较篇(Current Mode or Voltage Mode)本文来自Dr. Ray Ridley 的“Current Mode or Voltage Mode”电流模式的优点:1. 易补偿电压模式在滤波器谐振频率后相位急剧下降需要Type 3补偿器稳定系统。

电流模式在低频象单极点系统，因为电流环控制了电感。

这增加了相位裕量使变换器更易于控制。

Type 2补偿器已足够了，极大地简化了设计。

图1比较了电压模式和电流模式主回路幅值和相位，显示电流模式是多么容易补偿。

2. RHP零点变换器电流模式不能消除Boost, Flyback等变换器的RHP零点。

但是它能使这些变换器的补偿更容易。

对电压模式来说，剪切频率要高于滤波器谐振频率，否则滤波器要产生振荡。

如果变换器的剪切频率受到RHP零点的限制，剪切频率不可能高于滤波器谐振频率。

对电流模式来说就不存在这一问题。

3. CCM 和DCM运行电压模式从CCM进入DCM时改变很大如图2所示。

要设计一个补偿器让电压模式在CCM 和DCM下都有好的性能是不可能的。

对电流模式来说跨越CCM 和DCM就不存在这一问题。

在剪切频率处特性几乎一致如图3所示。

在CCM 和DCM下有优化的响应是主要优点，这让主电路的运行更有效。

让变换器对所有的负载，输入电压，温度，瞬间变化，其他参数变化时保持在DCM 下可能导致严重的元件应力。

4. 抗输入噪音电流的闭环给输入噪音带来了极大的衰减。

对Buck, 适当的锯齿波补偿可使输入影响为零。

即使电流模式电压环的中等增益也可极大衰减输入纹波。

对电压模式来说，实现同样的性能要有大的多的增益才行。

电流模式的缺点:1. 电流检测需要更多的电路，或损耗来精确的检测开关电流或电感电流。

对大多数隔离电源，用取样电阻或电流互感器检测开关电流。

电流取样必须有足够的带宽来重建电流信号。

多路输出反激式开关电源的反馈环路设计的输出是直流输入、占空比和负载的函数。

在开关电源设计中，反馈系统的设计目标是无论输入电压、占空比和负载如何变幻，输出电压总在特定的范围内，并具有良好的动态响应性能。

模式的开关电源有延续电流模式(CCM)和不延续电流模式(DCM)两种工作模式。

延续电流模式因为有右半平面零点的作用，反馈环在负载电流增强时输出电压有下降趋势，经若干周期后终于校正输出电压，可能造成系统不稳定。

因此在设计反馈环时要特殊注重避免右半平面零点频率。

当反激式开关电源工作在延续电流模式时，在最低输入电压和最重负载的工况下右半平面零点的频率最低，并且当输入电压上升时，传递函数的增益变幻不显然。

当因为输入电压增强或负载减小，开关电源从延续模式进入到不延续模式时，右半平面零点消逝从而使得系统稳定。

因此，在低输入电压和重输出负载的状况下，设计反馈环路补偿使得囫囵系统的传递函数留有足够的相位裕量和增益裕量，则开关电源无论在何种模式下都能稳定工作。

1 反激式开关电源典型设计图1是为变频器设计的反激式开关电源的典型，主要包括沟通输入整流电路，反激式开关电源功率级电路(有控制器、MOS管、及整流组成)，RCD缓冲电路和反馈网络。

其中PWM控制芯片采纳UC2844。

UC2844是电流模式控制器，芯片内部具有可微调的(能举行精确的占空比控制)、温度补偿的参考基准、高增益误差、电流取样。

开关电源设计输入参数如下：三相380V工业沟通电经过整流作为开关电源的输入电压Udc，按最低直流输入电压Udcmin为250V举行设计；开关电源工作频率f为60kHz，输出功率Po为60W。

当系统工作在最低输入电压、负载最重、最大占空比的工作状况下，设计开关电源工作在延续电流模式(CCM)，纹波系数为0．4。

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