PWM_开关电源原理

开关电源PWM的五种反馈控制模式你掌握了吗
引言
 PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数
变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。

PWM的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。

由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。

对于定频调宽的PWM闭环反馈控制系统，主要有五种PWM 反馈控制模式。

下面以VDMOS开关器件构成的稳压正激型降压斩波器为例说明五种PWM反馈控制模式的发展过程、基本工作原理、详细电路原理示意图、波形、特点及应用要点，以利于选择应用及仿真建模研究。

 开关电源PWM的五种反馈控制模式
 1. 电压模式控制PWM (VOLTAGE-MODE CONTROL PWM)：
 如图1所示为BUCK降压斩波器的电压模式控制PWM反馈系统原理图。

电压模式控制PWM是六十年代后期开关稳压电源刚刚开始发展起就采用的第一种控制方法。

该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。

电压模式控制只有一个电压反馈闭环，采用脉冲宽度调制法，即将电压误差放大器采样放大的慢变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜波相比较，通过脉冲宽度调制原理，得到当时的脉冲宽度，见图1A中波形所示。

逐个脉冲的限流保护电路必须另外附加。

主要缺点是暂
态响应慢。

当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时，因为有较大的输出。

开关电源PWM控制器芯片设计开关电源是一种能将输入电源电压转换为所需电压的高效稳定电源。

PWM（脉宽调制）控制器芯片是开关电源中的关键部件，用于控制开关管的导通和截止时间，实现对输出电压的精确控制。

PWM控制器芯片设计主要包括以下几个方面：输入电压检测、过压保护、反馈控制、脉宽调制等。

首先，输入电压检测是保证开关电源输出稳定的关键步骤。

设计中需要加入一组电压检测电路，通过对输入电压进行采样和处理，用于后续控制电路的判断和调整。

其次，过压保护是在开关电源输出电压超出一定范围时采取的一种保护措施。

设计中需要加入一个过压保护电路，当设定的阈值被超过时，通过触发保护逻辑，使开关电源进入保护状态，以避免电源元件的损坏。

接着，反馈控制是保证开关电源输出电压稳定的重要环节。

设计中需要加入一个反馈电路，对输出电压进行采样，并与设定的目标值进行比较，通过调节开关管的导通和截止时间，实现对输出电压的精确控制。

最后，脉宽调制是PWM控制器芯片的核心功能。

设计中需要采用一种合适的调制方式，根据反馈电路信号来确定开关管的导通时间和截止时间，以实现对输出电压的精确控制。

常见的调制方式有固定频率脉宽调制（FPWM）和电流模式脉宽调制（CPWM）。

在设计过程中还需要考虑到芯片的功耗、线性度、稳定性等参数。

合理选择元件和搭建稳定可靠的电路，通过仿真和测试验证设计方案的正确性和有效性。

总结起来，开关电源PWM控制器芯片设计涉及多个方面，包括输入电压检测、过压保护、反馈控制、脉宽调制等。

通过合理选择元件和搭建稳定可靠的电路，实现对输出电压的精确控制，从而满足不同应用场景下的需求。

基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发共3篇基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发1随着现代电子技术的不断发展，各种电子设备已经成为了人们生活中必不可少的一部分。

而这些电子设备的电力供应往往都离不开一种被称作开关电源的技术。

在目前的众多开关电源技术中，一种基于数码信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）控制的脉宽调制（Pulse-Width Modulation，PWM）型开关电源备受关注。

本文将立足于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发，从理论分析、电路设计以及实验测试等方面进行探讨。

一、理论分析在开展研究之前，我们需要先了解PWM型开关电源的基本原理。

PWM型开关电源是一种电源调节技术，它将输入电压转换为短脉冲信号，并通过改变信号的占空比来实现电压的调节。

在PWM型开关电源中，DSP作为核心控制器，通过对电源电路的控制实现对电压、电流等信号的输出控制。

因此，DSP控制技术具有快速、高效、精准等特点，是PWM型开关电源的重要控制手段。

二、电路设计在PWM型开关电源的电路设计中，首先要考虑的是所选用的数字信号处理器（DSP）。

在选择DSP时，需要考虑其性能、成本、可扩展性等因素。

其次，需要在选用的DSP的控制下设计整个PWM型开关电源的电路图。

其中，包括输入电源、滤波电路、开关管、功率变换电路、负载电路等部分，旨在将输入电压转化为输出大于或等于期望值的恒定电压。

另外，在电路设计过程中，还需要注意各部分之间的电气特性和电路参数，以便实现电源稳定、高效、低噪音的输出要求。

三、实验测试完成电路设计之后，需要进行实验测试以验证PWM型开关电源的控制效果和电气性能。

在实验过程中，我们可以通过测定输出的电压、电流大小、占空比等参数来评估所设计的PWM型开关电源的实际性能。

在实验过程中，还需要考虑到温度、负载变化等因素对PWM型开关电源的影响，以保证得到准确的实验结果。

pwm电压环和电流环反馈的原理
PWM（脉宽调制）电压环和电流环反馈是控制电源转换器的重要
部分，用于确保输出电压和电流稳定。

首先，让我们从PWM电压环
反馈的原理开始。

PWM电压环反馈的原理是通过比较实际输出电压与期望输出电
压的差异，然后调整PWM信号的占空比来实现电压调节。

具体来说，当实际输出电压低于期望值时，控制回路会增加PWM信号的占空比，从而增加开关管的导通时间，提高输出电压；相反，当实际输出电
压高于期望值时，控制回路会减小PWM信号的占空比，降低开关管
的导通时间，降低输出电压。

这种反馈机制能够使输出电压稳定在
期望值附近。

接下来是电流环反馈的原理。

电流环反馈通常用于控制开关电
源转换器的输出电流。

它的原理是通过比较实际输出电流与期望输
出电流的差异，然后调整PWM信号的占空比来实现电流调节。

当实
际输出电流低于期望值时，控制回路会增加PWM信号的占空比，增
加开关管的导通时间，提高输出电流；当实际输出电流高于期望值时，控制回路会减小PWM信号的占空比，降低开关管的导通时间，
降低输出电流。

这种反馈机制能够使输出电流稳定在期望值附近。

总的来说，PWM电压环和电流环反馈的原理都是基于比较实际输出与期望值的差异，然后通过调整PWM信号的占空比来实现稳定的电压和电流输出。

这种反馈机制能够有效地提高电源转换器的稳定性和性能。

脉宽调制(PWM) 与脉冲频率调制(PFM)概述ÂPWM PFM DC DCPWM 和PFM 是两大类DC-DC 转换器架构Â每种类型的性能特征是不一样的z重负载和轻负载时的效率z负载调节z设计复杂性z EMI / 噪声考虑Â集成型转换器解决方案可整合这两种操作模式以利用它们各自的优势典型便携式电源应用实例电源处理器或“数字负载”Â降压转换器–电源处理器或数字负载•负载水平有可能发生显著的变化：在“睡眠”时为1～2 mA，而在主动操作期间则可达几百mA，而在“主动”操作期间则可达几百•期盼/ 需要在整个负载范围内实现高效率•需要上佳（足够的）负载调节以处理瞬态状况Â升压转换器–LED 背光灯、音频偏置电源轨或其他的“模拟”负载•对于噪声/ 纹波的敏感度在很大程度上取决于应用•对于LED 应用，可以采用不同类型的亮度控制方法–PWM 和PFM定义和PWM 转换器•PWM = 脉宽调制种转换器架构固定频率振荡PFM 转换器•PFM = 脉冲频率调制采用了一个可变频率时钟•一种转换器架构：固定频率振荡器•驱动信号：恒定频率，具有可变•采用了个可变频率时钟•PFM 转换器实例：“恒定导通时间”或“恒定关断时间”控制DC-DC 转的占空比（功率FET 导通时间与总开关周期之比）换器。

•有几种PFM 变种，而且该术语用于指后面讨论的其他操作模式…PWM 控制架构控制架构• 中等和重负载条件下可实现良好的效率• 开关频率由PWM 斜坡信号频率设定•效率在轻负载条件下显著下降•快速瞬态响应和高稳定性需要仰仗上佳的补偿网络设计滞环模式控制FET 的接通和关断基于输出电压的检测Â开关式(Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点Â比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。

脉冲跳跃/省电模式/ 省电模式在轻负载时转换器能自动切换至种“低功耗”模Â在轻负载时，PWM转换器能自动切换至一种“低功耗”模式以最大限度地减少电池电流消耗Â该模式有时被称为PFM–但实际上是一个间歇式地接通该模式有时被称为“”但实际上是个间歇式地接通和关断的固定频率(PWM)转换器任何从输入吸收而未传送至输出的能量“损耗”= 任何从输入吸收而未传送至输出的能量MOSFET 无源组件绕组和磁芯损耗转换器IC •开关损耗•栅极驱动损耗•传导损耗•L ：绕组和磁芯损耗•阻性损耗•电容器ESR 损耗•内部基准•振荡器电路•栅极驱动电路在轻负载时，无源组件和FET 损耗显著下降Â在轻负载时无源组件和FETÂIC 内部电流受振荡器的支配Â某个固定频率上，IC 工作电流不会随负载而减小IC 的工作电流会影响轻负载效率的工作电流会影响轻负载效率Â假如负载电流约为1 Â如果负载电流约为200IC mA ，则IC 的内部电流在4 mA 左右•“”<20%mA ，则IC 的内部电流为4 mA 左右•“”>90%最好情况效率< 20%最好情况效率> 90%双模式降压转换器Â在PWM 模式中IC工作电流约为3.5mAÂ在省电模式中IC 工IC作电流约为23 µA输出纹波差异采用省电模式时的一项折衷：在某一给定的负载电流条件下Â采用省电模式时的项折衷：在某给定的负载电流条件下输出纹波较高Â15 mV PWM < 5 mV 在本例中达到了PP ，而模式则仅为PP脉冲跳跃间隔取决于负载Â随着负载的增加，开关脉冲出现的频度增高（在40mA时每随着负载的增加开关脉冲出现的频度增高（在6.5µs 出现一次，而在1mA时则是每100 µs 出现一次）Â如果负载充分增加，则转换器将恢复恒定频率操作如果负载充分增加则转换器将恢复恒定频率操作省电模式与强制PWM 模式的对比（在10 至30 mA 负载瞬变条件下）10至30mA负载瞬变条件下）Á可变频率Â小纹波节能模式PWM模式高纹波多种省电模式Â快速PFM：效率高于PWM，但低于轻PFM (LPFM)。

开关电源芯片工作原理开关电源芯片是一种电子器件，用于将输入电压进行调整、滤波和稳压，并通过开关元件控制输出电压和电流的稳定。

开关电源芯片的工作原理可以简要地分为以下几个步骤：输入电压调整、整流滤波、开关控制和输出电流调节。

1. 输入电压调整：开关电源芯片通常具有广泛的输入电压范围，可以适应各种电源输入电压。

输入电压首先通过一个电压调整电路进行调整，使其适合开关电源芯片的工作环境。

这个电压调整电路通常包括一个稳压器，可以将高压源调整为芯片所需要的工作电压。

2. 整流滤波：调整后的电压经过整流滤波电路，将其转换为直流电压。

整流滤波电路通常由桥式整流电路和滤波电容组成。

桥式整流电路可以将输入交流电压转换为直流电压，滤波电容则可以滤除电压中的纹波和噪声。

3. 开关控制：开关电源芯片中的关键部分是开关元件，通常使用MOSFET或IGBT作为开关。

开关元件的工作频率通常在几十kHz至几百kHz之间。

通过控制开关元件的开关时间，可以调整输出电压的大小和稳定性。

开关控制电路通常包括一个振荡器和一个比较器，用于生成开关信号和控制开关元件的导通和截止。

4. 输出电流调节：输出电压通常通过一对电感进行滤波和稳定，以及一个稳压器进行调整和稳定。

电感和稳压器可以将开关电源芯片的输出电压平均化和稳定化，以满足负载的需求。

同时，输出电流也可以通过负载反馈电路进行调节，以保持输出电流的稳定和恒定。

开关电源芯片的工作原理基于Pulse Width Modulation（PWM）技术，通过不断调整开关频率和占空比，以达到输出电压和电流的稳定和可靠。

相比传统的线性稳压器，开关电源芯片具有高效率、小尺寸和低热量等优点，在电子设备中得到了广泛的应用。

一、引言PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。

PWM的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。

由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。

对于定频调宽的PWM闭环反馈控制系统，主要有五种PWM反馈控制模式。

下面以VDMOS开关器件构成的稳压正激型降压斩波器为例说明五种PWM反馈控制模式的发展过程、基本工作原理、详细电路原理示意图、波形、特点及应用要点，以利于选择应用及仿真建模研究。

二、开关电源PWM的五种反馈控制模式1. 电压模式控制PWM (VOLTAGE-MODE CONTROL PWM)：如图1所示为BUCK降压斩波器的电压模式控制PWM反馈系统原理图。

电压模式控制PWM是六十年代后期开关稳压电源刚刚开始发展起就采用的第一种控制方法。

该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。

电压模式控制只有一个电压反馈闭环，采用脉冲宽度调制法，即将电压误差放大器采样放大的慢变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜波相比较，通过脉冲宽度调制原理，得到当时的脉冲宽度，见图1A中波形所示。

逐个脉冲的限流保护电路必须另外附加。

主要缺点是暂态响应慢。

当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时，因为有较大的输出电容C及电感L相移延时作用，输出电压的变小也延时滞后，输出电压变小的信息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后，才能传至PWM比较器将脉宽展宽。

这两个延时滞后作用是暂态响应慢的主要原因。

图1A电压误差运算放大器（E/A）的作用有三：①将输出电压与给定电压的差值进行放大及反馈，保证稳态时的稳压精度。

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）直流调速是一种常用的电调速方法，通过调整电源电压的占空比来控制直流电机的转速。

其基本原理如下：
脉宽调制：PWM调速通过调整电源电压的占空比来控制电机的平均电压。

占空比是指高电平脉冲信号的持续时间与一个完整周期的时间比例。

当占空比较高时，电机接收到较高的平均电压，转速相应增加；当占空比较低时，电机接收到较低的平均电压，转速相应减小。

控制电路：PWM调速系统通常由控制电路和功率电路两部分组成。

控制电路根据所需转速通过逻辑电路或微控制器生成PWM信号，控制电源电压的占空比。

控制电路中的反馈系统可以测量电机的转速或其他参数，以便对PWM信号进行实时调整和闭环控制。

功率电路：功率电路用于将PWM信号转换为对电机的实际控制。

典型的功率电路是使用电子开关器件（如MOSFET或IGBT）组成的半桥或全桥电路，它们能够根据PWM信号的状态开关电源电压的连接与断开，从而调整电机接收到的电压。

转速调节：通过改变PWM信号的占空比，可以调节电机的转速。

增加占空比会增加电机的平均电压，从而提高转速；减小占空比则会减小平均电压，使转速降低。

通过不断调整占空比，可以实现直流电机的精确调速。

PWM直流调速具有调速范围广、响应快、效率高等优点，被广泛应用于各种需要电机调速的领域，如工业生产、机械设备、电动车辆等。

开关电源的4种调制方式
森树强电子
第一种、脉冲宽度调制式
简称PWM，即脉宽调制。

其特点式开关周期为恒定值，通过调节脉冲宽度来改变占空比，实现稳压目的。

其核心式PWM控制器。

脉宽调制式开关电源的应用最为普遍，其占空比调节范围大，PWM还可以和主系统的时钟保持同步。

第二种、脉冲频率调制式
简称PFM,即脉频调制。

其特点是脉冲宽度为恒定值，通过调节开关频率来改变占空比，实现稳压目的。

其核心是PFM控制器。

脉频调制式开关电源特别适合于便携设备，它能在低占空比、低频的条件下，降低控制芯片的静态电流。

第三种、脉冲密度调制式
简称PDM,即脉密调制。

其特点是脉冲宽度为恒定值，通过调节脉冲数实现稳压目的。

它采用零电压技术，能显著降低功率开关管的损耗。

第四种、混合调制式
它是第一、第二两种方式的组合。

开关周期和脉冲宽度都不固定，均可调节。

它包含了PWM控制器和PFM控制器。