电源反馈设计速成篇之九比较篇

合集下载

多合一控制器电源设计多个方案比较及优化

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；

电源老兵，多年技术笔记曝光！BUCK,BOOST,FLYBACK,LLC都过一篇

电源老兵，多年技术笔记曝光！BUCK,BOOST,FLYBACK,LLC

都过一篇

这些年都用到了很多的电源拓扑结构(BUCK,BOOST,FLYBACK,LLC)，设计产品，做认证，到量产，设计中和调试时种种意想不到的情况时有发生，算算还是挺有意思的。

按照流水账方式做个记录，顺便自己也可以复习一下之前的知识点,有不对的地方还望大家批评指正。

BUCK电路降压电路输出电压小于输入电压。

调试中碰到的问题

PWM占空比不稳定，大小波，负载切载时输出有抖动，起机过冲，满载起机抖动，批量生产有少量IC损坏。EMC的问题，辐射超标。

1PWM占空比不稳定，大小波。可以通过调节环路参数来处理，如图上的C2，R2，C1,R1。设计可以参考《开关电源设计第三版》第12章图12.12。对于改这2个参数无效果的那就要反推设计中的电感和电容是否合适，直接点就是看电感的电流波形，采用电感的串并联观察PWM波形变化。另外，IC的占空比如果在极限附近，如占空比90%，工作时达到88%同样也会影响PWM的大小波，这个时候要考虑是否更换占空比更大的IC。

7选型需要注意的部分，开关器件都有最大电压和电流的范围，要挂波形看管子的应力是否有余量，如果有-40℃的设计要降额，MOSFET的DS电压会下降，电容的容量下降，ESR增大，高温情况需看电感的参数，外购的电感温度范围一般在85℃，如果电感温度过高，环境温度过高会有匝间短路的风险。

BOOST电路做的案子不多，碰到的问题比较少，有用模拟IC做的，也有用单片机做的，感觉这个环路比BUCK容易调整(之前的案子，功率小于60W)。

避免电源不稳定的九步设计法(下)

摘要：本文主要介绍了电源设计过程中，为避免可能出现的不稳定情

况所采用的对应的设计方法。

6 第6 步：选择RF1

电阻RF1 通常不影响环路响应，因此不会出现在任何增益相位公式中。

它可以设定电阻分压器，以便TL431 电路根据参考引脚的输入电流获得合适的

偏置电流。对于该电阻，10kΩ电阻是比较好的初始选择。电阻值过高容易使

误差放大器严重缺乏偏置电流，而过低容易增大功率耗散。一般情况下，RF1

的推荐取值范围为2kΩ到50kΩ。

7 第7 步：选择RF2

电阻RF2 决定输出电压，一旦RF1 固定后，就可以通过下面的公式轻

松计算出RF2：

其中：VO = 输出电压，VREF = TL431 参考电压(通常为2.5V 或1.25V)。

因此，对于12V 输出，当参考电压为2.5V，RF1 为10kΩ时，可计算得

出RF2 = 38kW。

建议电阻RF1 和RF2 采用1%电阻。

8 第8 步：选择补偿电容CF1

选择补偿电容，使零点ƒZERO 与ƒPOLE(TOPSwitch IC 的

7kHz 内部极点(ƒTOPSWITCH)的位置能够在所需的交叉频率

ƒCROSSOVER 下提供最大的相位提升，该交叉频率在上面第1 步中选定(通常为1kHz)。

我们对单个控制器级模型(详见上面图1)的传递函数进行的分析表明，

开关电源反馈设计

浅谈开关电源反馈设计

除了磁元件设计以外，反馈网络设计也是开关电源了解最少、且非常麻烦的工作。它涉及到模拟电子技术、控制理论、测量和计算技术等相关问题。

开关电源环路设计的目标是要在输入电压和负载变动范围内，达到要求的输出（电压或电流）精度，同时在任何情况下应稳定工作。当负载或输入电压突变时，快速响应和较小的过冲。同时能够抑制低频脉动分量和开关纹波等等。

为了较好地了解反馈设计方法，首先复习模拟电路中频率特性、负反馈和运算放大器基本知识，然后以正激变换器为例，讨论反馈补偿设计基本方法。并介绍如何通过使用惠普网络分析仪HP3562A 测试开环响应，再根据测试特性设计校正网络和验证设计结果。最后对仿真作相应介绍。

6.1 频率响应

在电子电路中，不可避免存在电抗（电感和电容）元件，对于不同的频率，它们的阻抗随着频率变化而变化。经过它们的电信号不仅发生幅值的变化，而且还发生相位改变。我们把电路对不同频率正弦信号的输出与输入关系称为频率响应。

6.1.1 频率响应基本概念

电路的输出与输入比称为传递函数或增益。传递函数与频率的关系－即频率响应可以用下式表示

)()(f f G G

ϕ∠= 其中G (f )表示为传递函数的模（幅值）与频率的关系，称为幅频响应；而∠ϕ(f )表示输出信号与输入信号的相位差与频率的关系，称为相频响应。典型的对数幅频响应如图6.1所示，图6.1(a)为幅频特性，它是画在以对数频率f 为横坐标的单对数坐标

上，纵轴增益用20log G (f )表示。图 6.1(b)为相频特性，同样以对数频率f 为横坐标的单对数坐标上，纵轴表示相角ϕ。两者一起称为波特图。

比较器技巧与诀窍

技巧和诀窍比较器 PIC ® MCU

技巧#2：更快检测变化的代码 (5)

技巧#3：滞后 (7)

技巧#4：脉冲宽度测量 (10)

技巧#5：窗口比较 (12)

技巧#6：数据脉冲限幅器 (15)

技巧#7：单稳电路 (17)

技巧#8：多谐振荡器（方波输出） (20)

技巧#9：多谐振荡器（锯齿波输出） (22)

技巧#10：容性电压倍增器 (25)

技巧#11：PWM 发生器 (28)

技巧#12：用比较器组成运算放大器 (31)

技巧#13：PWM 大电流驱动器 (34)

技巧#14：∆−Σ ADC (38)

技巧#15：电平转换器 (40)

技巧#16：逻辑：反相器 (42)

技巧#17：逻辑：与/与非门 (44)

技巧#18：逻辑：或/或非门 (47)

技巧#19：逻辑：异或/同或门 (50)

技巧#20：逻辑：将触发器置1/复位..........................53目录

技巧和诀窍

注：

技巧和诀窍

技巧和诀窍介绍

Microchip不断提供更小、更快、更易于使用和更可靠的创新产品。基于闪存的PIC®单片机（MCU）广泛用于日常产品，从烟雾探测器到工业、汽车和医疗产品无不涉及。

带有片上电压比较器的PIC12F/16F系列器件融合了PIC MCU架构的所有优点和闪存程序存储器的灵活性，具有电压比较器的混合信号特征。这些特性结合起来就构成了低成本的混合数字/模拟模块，具有能够在模拟领域工作的能力和灵活性。闪存的灵活性以及优秀的开发工具包（包括低成本的在线调试器、In-Circuit Serial Programming™（ICSP™）和MPLAB® ICE 2000仿真器）使得这些器件成为绝大多数嵌入式控制应用的理想选择。

电控九章

Байду номын сангаас
二、双闭环自动调速系统调速系统采用PI调节后，可动态稳定，基本达到无静差调速，再加以诸保护晶闸管的措施，可以满足一般对调速要求不太高生产机械。但对于频繁起停并要求过程快的机械，则不能满足要求。如果加以对电动机电流的调节，组成转速、电流双闭环调速系统，可获得最快的动态过程。 1、系统的组成及基本原理图9-10所示为转速、电流双闭环直流自动调速系统。该系统有两个PI 调节器。一个转速调节器（ASR），另一个电流调节器（ACR）。两调节器串级连接，输出均有限幅，其值分别为Usm和Uim。
此阶段主要是内环电流调节ACR起主要作用，调节过程如下： N↑→Ed（反电势）↑→Id↓→Ufi↓→△Uic↓→Uc↑→α↓→Ud↑→Id↑→ 直到△Uic=0 △Uic↑ 3）转速调节阶段（曲线Ⅲ阶段）当电动机转速上升到n=n1，由于ASR的积分作用仍使-Us=-Usm，Id=Idm，电动机转速继续增加，出现n＞n1超调现象。但n＞n1后，Ufn＞Ug，△Uis＜0，ASR积分电容放电，使ASR退出饱和，进入线性区进行转速调节， ASR起主导作用。（2）负载变化时的自动调速过程稳态时，△Uis=0，△Uic=0，电动机转速为期望转速n=n1，系统稳定。当负载增大时，自动调节过程如下： TL↑→n↓→Uis↑→Us↓→Uic↓→Uc↑→Ud↑→Id↑→n↑ Uic↑ Uis↓ 直到△Uic=0 直到△Uis=0

有效提升电源产品可靠性技术P9

有效提升电源产品可靠性之新技术

国内电源界的各个研究机构和生产厂家及前辈学者,一直在为我国电源产品追赶世界先进水平孜孜不倦地耕耘。上世纪90年代中末期各个研究机构和设计单位先后针对电源设计软件引进了Intusoft的产品对电源进行计算机仿真设计;在电源的电气功能(Electrical Specifications)测试方面主要引进了以Chroma(致茂电子)、HAEFELY、Schaffner为代表的具有世界先进水平的精密电子测量仪器设备来进行电源的各种功能(Functions)测试、保护动作(Protections)测试、安全(Safety)规格测试、电磁兼容(Electromagnetic Compliance)测试;在电源的生产上,为了保证快速大批量生产的出货良品率, 则引进了Chroma全自动电源测试系统,并且在全国各电源企业得到了广泛应用及推广,使我国电源的设计及生产工艺、可靠性以及年产量都有了相当的提高,缩短了与世界先进水平的差距。

上世纪90年代末,随着电讯及数据通信行业蓬勃发展,世界电源行业也得到了空前的大发展,尤其是电源的软开关技术得到了充分地发展和应用,使得

DC/DC 模块电源的开发设计应用发生了质的飞跃。我国航天航空等电源研究机构和电源生产厂家以及通讯行业都投入了相当大的人力物力来研究DC/DC 模块电源及其应用。由于DC/DC 模块电源一般是直接安装在使用产品电路供电回路中的,这些电子产品使用的环境多数是航天、航空、电讯及工业控制等非常重要的场合,因此使得DC/DC 模块电源不仅要具有与这些电子产品相同的优良电气性

比较方案

方案一

IR2110与IR2130

IR2110驱动器则兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点。

IR2110是一种性能比较优良的驱动集成电路，它的自举悬浮驱动电源可同时驱动同一桥臂的上、下两个开关器件，驱动电压高达500 V，工作频率为500 kHz，并具有电源欠压保护关断逻辑。IR2110的输出用图腾柱结构，驱动峰值电流为2 A，同时两通道还设有低压延时封锁(50ns)。此外，芯片还有一个封锁两路输出的保护端SD，在SD输入高电平时，两路输出均被封锁。IR2110的这些优点给实际系统设计带来了极大方便，特别是自举悬浮驱动电源大大简化了驱动电源设计，因为只用一路电源即可完成上下桥臂两个功率开关器件的驱动。

IR2110驱动芯片也常用来驱动场效应管（MOSFET管），IR2112、IR2113和IR2110区别在于最大VOFFSET不一样，IR2110最大500V，而IR2112最大600V；Delay Matching也不一样，IR2110最大lOns，IR2112最大30ns。

方案二

IR2130与IR2132、IR2103、IR2104的区别

IR2104与IR2103比较

I R2104的SD就好比是芯片的使能端（高电平使能），IN就好比是信号输入端，Ho的输出信号与IN的输入信号同相，Lo的输出信号与IN的输入信号反相。

IR2103的Ho的输出信号是Hin、Lin两者相与的结果,Lo的输出信号是Hin、Lin两者或非的结果。

这样一来在使用时如果想要使Ho和Lo同时输出低电平，IR2104只需将SD置0就可以了（IN 可不管），IR2103需要将Hin和Lin置为不同电平。

电源反馈设计速成篇之八建模篇(Peak Current Mode)

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)(−⋅=⋅s

T s s

e e T s s H

Ts 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．

双零点双极点单极点零点极点补偿器设计电源反馈设计

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．

111C 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

12121C 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．

开关电源环路,反馈设计, 电源反馈设计速成

Z in _ open ⋅ (1 + T ) D2 1− ⋅ Z in _ open ⋅ T R + RL
, 注意这里不是简单除以(1+T)的关系,
其中,
ωp =
1 . C ⋅ ( R + RC )
Vi+ Vsupply Vin
Gnd ^
Converter Vi-
图 1. 串入激励源
Vi+ Vsupply Vo+
ωp =
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 + s / ω z1 ) ⋅ (1 + s / ω z 2 ) , 其中 GIII = ⋅ ⋅ R1 ⋅ (C1 +C 2 ) s (1 + s / ω p1 ) ⋅ (1 + s / ω p 2 )
图 2.
电源反馈设计速成篇之四: 小信号篇常见的电源小信号传递函数有正向传递 ( 音频抑制比 )Forward Transmission (Audio Susceptibility)=vout/vin, 反向传递 Reverse Transmission=iin/iout, 输入阻抗 Input Impedance= vin/iin, 输出阻抗 Output Impedance= vout/iout. 除 Reverse Transmission 外, 其余的很常用.为简单起见简称为 FT, RT, II, OI. 测量方法是对 FT 和 II, 因其有 vin 这一项, 应在电源输入端串入激励源如图 1 所示. 对 RT 和 OI, 因其有 iout 这一项, 应在电源输出端并联激励源如图 2 所示. 激励源需对小信号进行隔离放大以便测量. 典型小信号一般只考虑幅值. 典型闭环小信号测量结果如图 3-6 所示. 对 Voltage mode CCM Buck 电路来说, 小信号等效模型如图 7 所示, 不难求得以下开环和闭环小信号传递函数(除 RT 外): 1 + s ωz 开环 FT: Gvg _ open = D ⋅ , 2 1 + s ω0Q + s 2 ω0 Gvg _ open 闭环 FT: Gvg _ close = 1+ T R 1+ L 1 1 1 R , Q= 1 ⋅ 其中, ωz = , ω0 = ⋅ L R ⋅ RL R RC C ω0 LC 1 + C ) + C ⋅ ( RC + R + RL R + RL R 开环控制到输出传递函数 Gvd: 1 + s ωz R Gvd = V g ⋅ ⋅ , R + RL 1 + s ω 0 Q + s 2 ω 0 2 锯齿波电压峰峰值为 Vm, 则调制部分为: 1 Fm = Vm 补偿器设计为 As,则开环回路增益为: T = − As Fm Gvd R ⋅ R (1 + s ω z ) ⋅ (1 + s ω z 2 ) 开环 OI: Z out _ open = ( L , )⋅ RL + R 1 + s ω 0 Q + s 2 ω 0 2 Z 闭环 OI: Z out _ close = out _ open , 1+ T RL 其中, ωz 2 = L 2 R + R 1 + s ω0Q + s 2 ω0 开环 II: Z in _ open = ( L 2 ) ⋅ , D (1 + s ω p ) 闭环 II: Z in _ close =

利用比较器制做的交流电源延时保护电路原理

交流电源延时保护电路是一种常见的电路设计，它能延时对电路进行

保护，防止电路在启动、断电或其他异常情况下受到损坏。利用比较

器制作的交流电源延时保护电路原理是通过比较不同输入信号的大小，来控制保护装置的启动和关闭，从而实现对电路的保护。

下面我们将详细介绍利用比较器制作的交流电源延时保护电路的原理。

1. 电路结构

交流电源延时保护电路一般由比较器、延时电路和触发电路组成。比

较器用于比较输入信号的大小，延时电路用于延时启动和关闭保护装置，触发电路用于控制保护装置的启动和关闭。整个电路结构清晰，

功能分明，能够有效地实现对电路的保护。

2. 工作原理

当交流电源接通时，输入信号经过比较器进行比较，如果输入信号的

大小超过了设定的阈值，比较器会输出高电平信号，触发触发电路的

工作。延时电路开始工作，延时一段时间后，保护装置被启动，对电

路进行保护。当交流电源断开时，输入信号大小下降，比较器输出低

电平信号，触发触发电路的工作。延时电路再次工作，延时一段时间后，保护装置被关闭，保护结束。

3. 设计要点

利用比较器制作的交流电源延时保护电路设计要点如下：

(1) 比较器的选型：需要根据输入信号的大小和特性，选择合适的比较器，确保比较器具有较高的灵敏度和稳定性。

(2) 延时电路的设计：需要根据实际需求，确定延时时间的大小和延时电路的结构，确保延时电路能够实现精确的延时控制。

(3) 触发电路的设计：需要根据保护装置的工作原理，设计合适的触发电路，确保触发电路能够准确地控制保护装置的启动和关闭。

(4) 整体电路的稳定性和可靠性：需要对整个电路进行综合评估，确保电路具有较高的稳定性和可靠性，能够在各种环境条件下正常工作。

模电第九章3

27
周期与频率的计算： +VOM
V+H
vc
T2 = RC ln( 1 +
2 R1 ) R2
0 V+L -VOM T1 T2
t
2 R1 T = 2 RC ln(1 + ) R2
T - t vc(t)=VC ()+ VC (0+) -VC () e
VC (0+)=
V+ L R1 =Vom R1 + R2
V+L下门限电压
V+H - V+L称为回差
V+L
0
-Vom
V+H
vi
R1 Vom V+H= R1 + R 2 R1 Vom V + L= - + R1 R 2
13
例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。 vi
V+H
V+L
t
vo
Vom
t
-Vom
14
加上参考电压后的迟滞比较器(下行) ： vo 传输特性
vo
+VOM
+VOM
U+L 0 -VOM U+H
vi
-VOM
17
迟滞比较器(下行)两种电路传输特性的比较: vo uo R +Vom ui U+