反馈环路补偿设计-简述实例
反馈环路补偿设计-简述实例(TL431+PC817)
简述控制环路的作用 设计要点 重要概念 步骤（实例说明）
适用个人使用
简述控制环路的作用
提供电路稳定工作，使输出电压波动小； 避免闭环系统自激振荡； 以动态补偿方式，调整输出稳定状态
设计要点一
系统的反馈类型有电流型和电压型，应依照 相对应的工作模式确定传导函数。这里就已 电流反馈形式的PWM芯片为例介绍
重要概念
（略）
举例说明：
已知要求：
VCC
Lp=2.7mH,Cout= 220+470uF,ESR=55mΩ,
R6
C?
B
Np:Ns=140:23, 90-265Vac,CCM模式，
Fs=50kHz,Rs=1.5 Ω, D=0.48,pwm电流型控制ic。 Vo=12V,Io=1A,Io（min）=0.3A（ccm）
GDC
20lg1500 24.7 5.77
23.6dB
GXO
AXO 10 20 15.1
参数设计步骤（5）
5、确定EA补偿网络的零点和极点位置。 Fez=1/3Fc=500Hz Fep>3Fc=4.5kHz 取5k
6、计算反馈环路参数。 设R2=Vref/250uA=10K,则R1=R2*Vo/Vref=47k
Fc=1.5KHz。
参数设计步骤（3）
3. 确定输出滤波器的极点
FCP
1
2RLCO
2
1 *12 / 0.3*690 10 6
5.77 Hz
参数设计步骤（4）
4、确定Fc处，使power stage提升到0dB所需增 加的增益量。
Gxo
20lg
反馈信号的原理和应用实例
反馈信号的原理和应用实例概述反馈信号是指从输出中采样得到的信号再馈入系统输入端的一种信号。
反馈信号的应用广泛，不仅可以在电子电路中起到稳定系统的作用，还可以在控制系统、通信系统等领域发挥重要作用。
原理反馈信号的原理可以概括为以下几点：1.正反馈和负反馈：根据反馈信号对系统的作用方式不同，可以分为正反馈和负反馈两种。
正反馈是指反馈信号与输入信号具有同样的极性，会放大或增强输入信号，从而引起系统不稳定。
而负反馈是指反馈信号与输入信号极性相反，能够抑制输入信号，使系统保持稳定。
2.反馈环路的结构：一个典型的反馈环路包括一个传感器、一个误差放大器和一个执行器。
传感器从系统的输出中采样得到反馈信号，误差放大器将反馈信号与期望信号比较，计算出系统的误差，并输出控制信号给执行器，执行器根据控制信号对系统进行调节。
3.稳定性和性能优化：反馈信号可以提高系统的稳定性和动态性能。
通过合理的反馈控制，可以使系统响应时间更快，误差更小，从而提高系统的稳定性和性能。
应用实例反馈信号在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用实例：1. 电子电路中的反馈控制在电子电路中，反馈信号被广泛应用于放大电路和稳压电路中。
比如，在放大电路中，通过将输出信号的一部分反馈到输入端，可以减小输出对输入信号的依赖，提高放大电路的稳定性和线性度。
2. 控制系统中的反馈控制在控制系统中，反馈信号被用于控制系统的闭环控制。
通过采样输出信号并与期望信号进行比较，可以计算出系统的误差，并通过调节控制信号来实现系统的稳定控制。
例如，自动温度控制系统中的温度传感器采集环境温度，并通过与设定温度进行比较，控制加热或制冷设备的运行状态。
3. 通信系统中的反馈控制在通信系统中，反馈信号被用于自适应调节等技术中。
通过采样接收信号并与发送信号进行比较，可以调整发送信号的参数，使得接收信号在噪声干扰下更加稳定。
例如，自适应均衡技术中，接收端采样接收信号，并通过与发送信号进行比较，调节均衡器的参数，使得接收信号的等化效果更好。
开关电源环路补偿设计
开关电源环路补偿设计开关电源环路补偿设计在开关电源设计中，环路补偿是至关重要的一步。
环路补偿的正确设计可以提高电源的稳定性和效率，从而提供更为可靠的电源输出。
本文将针对开关电源的环路补偿设计，从三个方面进行阐述。
一、开关电源环路补偿的基本原理开关电源的环路补偿，是指将部分输出信号回馈到反馈端口，通过正反馈作用来改善系统的动态性能。
补偿的目的，是使电源输出稳定，对负载的响应性更好。
为了实现这一目的，设计师需要对开关电源的基本原理有深入的理解。
在开关电源中，电容、电感和频率之间的相互影响是至关重要的。
通过合理的组合设计，可以提高电源的效率，降低功耗。
二、开关电源环路补偿的设计方法开关电源的环路补偿设计方法，需要综合考虑多个参数，如响应时间、阻尼稳定性、相位裕度等。
其中，响应时间涉及到电路响应时间、电源传输函数以及负载条件，需要根据具体情况予以调整。
阻尼稳定性关系到系统的稳态稳定性，需要根据不同负载条件下的阻尼因素予以设计。
相位裕度涉及到极点间距，可以通过更改反馈回路的增益稳定性来达到较好的效果。
三、开关电源环路补偿的优化在实际电路中，由于电容、电感和负载等多种因素的影响，开关电源环路补偿存在一定的误差。
优化环路补偿，可以通过在电路中加入滤波电容、降低负载电感等措施，提高电源输出的稳定性。
此外，在滤波器的选型方面，选择与系统肖特基二极管参数相匹配的器件，可以较为有效地降低噪声和振荡。
总之，开关电源环路补偿对整个系统的性能至关重要。
一个合理的补偿设计将使电源输出变得更加稳定、高效，具有更好的响应性。
因此，在开发开关电源的过程中，我们应该时刻保持对环路补偿原理的理解，并综合考虑各种参数和因素，以达到最优的设计效果。
反馈环路设计
反馈环路设计稳定的反惯坏豁对开关电源來说是非帘W要的，如果没冇足够的相位裕反和梆值裕度,电激的动念性徒就会徇塑或丹出现输川推胡・卜而先介绍了控制坏滋分析里面必須川対的齐种第极点的幅频和相频特忤;然后对址和II的反懺调幣盎TL431的总税点特忤进行分析;TOPSWITCH«：市场匕广泛应用的反激式电激的褂能若比它的控制方式址比较!丄余的电用型控制，为广力便般使用者点集成了•部分补12功能浙以很多工程师不涓晰它的整个环W.MV；运用I:而的理论分析•个TOPSWITCH设计的电激，对它的环路的毎个祸分进行了解制JJ以ttTffi师更好地应用TOPSWfTCH及解浪没计中遇到的坏於何瘪波特图址分析歼关电激押制坏滋的•个有力工J1它MjiittUSb的褊频和相频响应的计并变成简敢的加减法，持別足使用沿近线近似以后•只需耍计F 渐近线改变方向点的値.Vo 1Vi~ l^sRC%」增銘按・2OdB加倍频丹卜鼻，•相位近IU按《45力0侪如刃卜降.址人相移为・90。
增益按20dBA0倍频刃I：升川位近似按45710倍频艸I：升，最大总相移为90*单零点响应:11 R 2曲右半平而零点:Vo $右半平而零点楚反懑和BOOST电路巴而待仃的现©用益按2OdB/lO倍频f¥匕升川位近似按-45W0倍频程卜降，总相移为£0。
”半平面笑点址儿乎无法补偿的•做没计时尽1ft把其频率提升或降乂带宽双极点咱应:Vo________ 1 _______Vi 1+ s/(Oajo)+ (“仙)2血5二肯Q=R嚼K = 5^Q伏肚电酬的閉皈因物过了谐旅点后用益按VOdB/10倍频軒卜附相位依Q仪的不同行不同的变化卒q値越人，相位变化越剧烈准谐按点相付址•90： JR大总相移沟・180,低Q 值的双极点响应［小当Q«0.5时Vo 1 八 1 - = ------------------- Jo 2 ------ { 肝(1 +二(1+丄).2兀亦 ai cole"2冗它血2~2莎米吕Q 值是电豁的川2足负戎电川，“足电瑕的电乩电容的ESR,廉流笛肌和代农05心稅耗和的合成电分的AC/DC 电游川I耗较爲•股Q 值很难大f 3.当a 值较低时(Q«05)r ««点响应会邈化为两个单极点响应，如上fflffizji.TL431用输出供电肘的零报点特性TL431足歼关电激次级反懺业常用的堆強和洪连妝大潯件丿U 供电方咒不何对它的传递祈&创H 大的彩响，而以洲的分析资料常常忽HS 这点.卜而分 析帘见的供电和输lllftttl 接在一起时的传递沼数.7Vo-VI 5 RZsJ lapto = ------ V\ = ------------ V o- 島尺1丄+巩尺 + j?i )clouto 1 + s(R + Ri)C把门带入前面的公式ropto=—帀；卡-——sRIRhCJoIrfaL R\交流分析等效电路sBIRhC115沖旳在输唤“电沁"唤2诧"1)C'而不疋2曲•剛使没有R,只接•个C的情况人爭点还是存在■如杲R1远大十R罟点的位置主要有反馈网络的上分压电阻决定.为了抑制输出的开关紋液■有时在后面加个LC濾沈如卜而TOP245Y电滅的L2r C8,H谐抿频率般欠約为幷关频率的WO-WO左右；这个频率通亦远大于反惯同路的带宽庆彤响町以忽略.56入-J~Kpivr 11J~Me i •输岀反滋电压控叙方式反琳路JU开坏传递换&为K=(Kmod • Kpv/r • Klc <KfbrKea=Ki*KeaKpv/r楚功率8B分.Klc足输出LC就波卻分,Kfb足反懺分爪乩分,Kea於反愤补偿師分和丸耦鬲分,Kmod兄调制器部分,在做补偿设计以也先计炸出滋Kea 外aflffl分的频奉特忆然方计如II K"KH2d・ Kpwr・ KlLKfb的频宅特他根t«实S愴况确定出滿婪的设计目标Kea,然A；通过设il TL431的相应补卷来完成Kea的鉴求.站介上而的媒理图我们来计#•在115VAC%入时存个即分的【加1&tfiVinslSSV.VoutslZV, C6fC7 ESR=5OmQ,负R=4.8n, q=81%由⑵叫fel：Np=58T, NS=6T, Lp=827uH, Vor=120V,Vd$=5.2Vvor足次级反射到初级的电H；,9为初级绕组电级,is为次级绕组电瑕,D为占空比.则:2:,:Li>=8.85uH. I)=VorVin^- Vor- Vds=0.48下而我门将用上而的堆础知识来分析个典型的TOPSWITH电激的號创坏路，这楚•个宽园输入,12V25A箝出的个反激电魄躱理图如下:下而为反酒电爪方式的反馈环禺图:功率儒分和输出LC 法波祁分林i 号传递由汝⑸竺=£如严Ns 、水厂+存1-不) d (1 - oy Np* \ | /1 1创=歳=0^560 = 3皿 心加(2补泅皿 &臬电容自身的E$R 形成的零点的频率。
反馈环路设计、调式
拜师求学反馈环路设计、调式先去把自控原理（经典部分）看一遍，搞懂零，极点的概念，因为电源在小信号的情况下就是一个很典型的小相角系统，什么叫看懂，那到一个电源，一看反馈部分马上零，极点就可以写出来。
而PWM部分和滤波部分对固定的电路拓扑和控制形式（电压或电流），其零，极点都有响应的公式写出。
如果你要详细的数学计算，再去看自控的超前，滞后补偿部分，但这种计算来的一般不会太准，但可以作为一个调试的起点，最后的检测一般用电子负载做动态加减载实验就可以（专用仪器非常贵）。
一般的电源设电流变化率为1A/uS或5，10A/uS。
50-100%负载变化，看电压变化，如果电压很缓慢的回到稳态值，说明相角裕度太大，如果震荡2个周期以上回到稳态值，相角裕度一般只有二，三十度，太小，如果一个周期左右，则相角裕度一般为50-60度，正好。
当然如果电源本身就震荡，则震荡的频率就是你的环路的交越频率，既带宽，说明在此频率处相位移已经到了360度，解决的方法要么减小带宽：加大补偿的电容值，或加大反馈分压的电阻值，当你改变这些值不起作用时，要看环路的其他方面，既加零点，如TL431做反馈，当补偿电容加的很大还不行时，其实应该在其与光偶串联的支路加补偿（RC），这样增加了一个低频零点和一个高频极点，高频极点由于频率很高，不在环路带宽以内，对环路没有影响。
太多了，很难说完，我想说的是只要很明确的知道零，极点的概念，环路问题实际上很简单（当然，要正确的应用到电源里面来是花很多时间的，由于没有老师，我研究了近一年），也可以用相关软件来模拟，但并非易事，因为模型很难准确的建立，举个例子，如电压型控制的反击（CCM 工作方式），如果TL431只加一个补偿电容，用PSPICE模拟的结果基本上是不稳定的，但实际中大部分电源是稳定的，怎么解释，原因是输出滤波部分实际上并不是一个严格的二阶系统，由于绕组电阻，高频阻抗，二极管电阻，电容电阻，特别是次级损耗要等效为一个较大的电阻，这样两个极点并不会重合（二阶系统），它变成了两个不同频率的一阶系统的串联，所以它的相位移变化并不剧烈，加上其他零点的影响，相位并不会到360度，这是用PSIPCE模拟时要人为给二极管或电容加一个很大的电阻，如1欧姆，才会得出正确的结果。
开关电源反馈环路设计
开关电源反馈环路设计开关电源是一种将输入直流电压转换为所需输出电压的电源装置。
为了实现稳定可靠的输出电压，开关电源需要建立反馈环路进行控制。
开关电源的反馈环路主要包括内部反馈环路和外部反馈环路。
内部反馈环路是指内部电路中的反馈控制电路，用于控制开关管的导通与截止，以维持输出电压的稳定。
外部反馈环路是指从输出端以回路的形式连接到内部反馈电路，通过比较输出电压与参考电压的差异，产生一个控制信号，用于调整开关电源的开关时间和频率，从而调整输出电压。
设计开关电源的反馈环路时，需要考虑以下几个方面：1.选择合适的参考电压源：参考电压源是反馈环路的重要组成部分，它提供一个稳定的参考电压，用作与输出电压进行比较的基准。
一般可选择使用稳压二极管、参考电压芯片或者精密电位器来作为参考电压源。
2.设计错误放大器：错误放大器是反馈环路中的核心部分，它承担着将输出电压与参考电压进行比较的作用，并产生一个误差信号。
常见的错误放大器有比较器、运算放大器等。
在设计选择错误放大器时，需要考虑它的稳定性、带宽、输入阻抗等因素。
3.设计补偿网络：由于开关电源在转换过程中存在一定的延迟、输出的电压下降等因素，所以需要通过补偿网络来减小这些不稳定因素对输出电压的影响。
常见的补偿网络包括零点补偿网络和极点补偿网络。
零点补偿网络主要通过增加相位较大的零点，来提高系统稳定性；极点补偿网络主要通过增加相位较小的极点，来提高系统的相位裕度。
4.设计输出滤波器：开关电源的输出电压通常包含一定的纹波，需要通过输出滤波器来降低纹波，使输出电压更加稳定。
输出滤波器一般由电感、电容和电阻组成，通过调整它们的数值和组合方式，可以实现对纹波的去除或衰减。
在进行开关电源反馈环路的设计时，还需要进行一系列的仿真和实验，包括频率响应的模拟分析、稳态和动态的性能测试等，以确保设计的反馈环路能够实现对输出电压的稳定控制。
总之，开关电源的反馈环路设计是一项复杂的任务，需要综合考虑电源的性能要求、稳定性要求和实际应用需求等因素，通过选择适当的参考电压源、设计错误放大器、补偿网络和输出滤波器等，来实现对输出电压的稳定控制。
基于BUCK拓扑峰值电流模式的反馈环路设计实例 (1)
由于电感饱和，实际见下图 8.8mV/us)
S off = 4
、在采样电阻上的映射电压
off
Vout 12 = = 0.067 A / us L 180u
S off ' = S sense 2 = S off Rsense = 0.067 × 100m = 6.7 mV / µs (
5
由于电感饱和，实际见下图 15mV/us)
输入电压 20V 阶跃冲击（1 通道电压，2 通道电流）
输入电压 30V 阶跃冲击（1 通道电压，2 通道电流）
ramp
VCS = Vsense
Rramp Rramp + Rcurrent
（ 1） （ 2）
Rcurrent Rramp + Rcurrent
V sense = 0 VCS = Vramp
：
联立两个等式，电压最后等于
VCS = Vsense
Rramp
Rcurrent Rramp + Rcurrent
变变变变变： 0.1uF
RM6:Ae=37mm2 Tm=24T Ts=26T R? +12 7 6 8 R? 10K 4 U? VCC OUT VREF RT/CT UC3842P C? 1uF VFB ISEN CMPEN GND 2 3 1 5 C? 10nF C? 51pF +12 R? 360K
Trans Cupl
10
XBP1
IN OUT
1
4
0 R1 2 V1 38kΩ 1 Vpk 1kHz 0° 0 6
U7A
1
3
5
V2 12 V
2 11
LM224AD
0 C2 51pF 4 R4 400kΩ
离散控制系统中的反馈与补偿设计
离散控制系统中的反馈与补偿设计离散控制系统是一种将连续时间信号转化为离散时间信号，并进行控制的系统。
在离散控制系统中，反馈与补偿设计起着至关重要的作用。
本文将介绍离散控制系统中的反馈与补偿设计的原理和方法。
1. 反馈控制设计反馈控制是离散控制系统中常用的控制方法之一。
其基本原理是根据系统的输出与期望输出之间的误差来调节控制器的输出，以使系统的性能得到改善。
在离散控制系统中，反馈控制的设计主要分为两个步骤：系统建模和控制器设计。
首先，需要对系统进行建模，得到系统的传递函数或状态空间表达式。
根据系统的特性，选择适当的控制器类型，如比例控制器、积分控制器、微分控制器或PID控制器等。
根据系统的特性和性能要求，调整控制器的参数，以实现期望的控制效果。
2. 补偿设计补偿设计是指在离散控制系统中，通过添加补偿器来改善系统的性能。
补偿器可以根据系统的特性和要求来设计，以提高系统的稳定性、抗干扰性和跟踪性能。
补偿器的设计可以采用频域设计方法或时域设计方法。
在频域设计方法中，可以使用根轨迹法、频率响应法或者Bode图法来设计补偿器。
在时域设计方法中，可以使用传统的校正器法或者通过优化算法来设计补偿器。
3. 组合反馈与补偿设计在实际的离散控制系统中，常常需要同时使用反馈控制和补偿设计来满足系统的性能要求。
组合反馈与补偿设计可以通过串级或并联的方式来实现。
串级控制是指将反馈控制和补偿器按照一定的顺序连接起来，使输出信号经过反馈和补偿后再输入下一个环节进行控制。
串级控制可以提高系统的稳定性和跟踪性能，在一定程度上抑制干扰。
并联控制是指将反馈控制和补偿器同时作用于系统中，分别对系统的输入和输出进行调节。
并联控制可以通过控制输出来改变输入信号，并实现一定的控制目标。
4. 实例分析为了更好地理解离散控制系统中的反馈与补偿设计，我们以温度控制系统为例进行分析。
假设我们需要设计一个温度控制器，使得系统的温度能够稳定在设定的值附近。
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参数设计步骤（6）
7、计算R5,C1,C2. R5=Axo*R1=15.1*51=770K 取680k C1=1/Fez*2*3.14*680k=468.3nF 取470nF C2=C1/2*3.14*680k*Fep=0.234nF 取270pF
补充说明
电路中的光耦传输比取100%。 调整动态补偿网络参数，一般是应用实验的方 法。这里是简单说了计算过程。
设计要点二
相位余量：在闭环系统增益中的穿越频率Gs=0dB 时对应的相位值与360度的差值。通常取 jm 45° 增益余量：相位在360度的增益低于单位增益的量。 通常取<-12dB。 单位系统带宽Fc，通常取开关频率的1/5~1/10。 右半平面极点：增益衰减，会引起-90度移相。 左半平面极点：不稳定，导致系统震荡。 右半平面零点：增益增大，引起90度移相。 左半平面零点：增益增大，引起-90度移相。
4、确定Fc处，使power stage提升到0dB所需增 加的增益量。
f xo 1500 Gxo 20 lg GDC 20 lg 24.7 23.6dB f 5.77 cp AXO 10
G XO 20
15.1
参数设计步骤（5）
又因，Fs=50kHz，然而此系统工作在CCM模式下，应将Fc 远离Frhpz.这里我们设定Fc=1/10* Frhpz处，取 Fc=1.5KHz。
Hale Waihona Puke 数设计步骤（3）3. 确定输出滤波器的极点
1 1 FCP 5.77Hz 6 2RLCO 2 *12 / 0.3 * 69010
参数设计步骤（4）
VCC +12
R R3
R1
A PC81 7
R4 C2 C1 R5 T L 4 31 R2
参数设计步骤（1）
1.
确定输入到输出的DC增益 140 12V (1 0.48) N(1 D) R O 1A A DC 23 (1 D) R S (1 0.48)1.5
17.1 G DC 20log 10 17.1 24.7dB
确定系统增益带宽 因DCM下无右半平面零点，而在最低输入电压和轻载 下的CCM中：
2.
参数设计步骤（2）
140 2 12 2 ( ) * 0 . 52 N 2 Ro (1 D ) 2 0. 3 23 2LP D 2 * 2.7 103 * 0.48
f RHPZ
14.77K
5、确定EA补偿网络的零点和极点位置。 Fez=1/3Fc=500Hz Fep>3Fc=4.5kHz 取5k 6、计算反馈环路参数。 设R2=Vref/250uA=10K,则R1=R2*Vo/Vref=47k 取51k。 R4=Vf/1mA=1.2/1=1.2K.取1k。 R3≥(V0-Vf-Vref）/10=830.取 1k
反馈环路电路补偿设计
简述控制环路的作用 设计要点 重要概念 步骤（实例说明）
适用个人使用
简述控制环路的作用
提供电路稳定工作，使输出电压波动小； 避免闭环系统自激振荡； 以动态补偿方式，调整输出稳定状态
设计要点一
系统的反馈类型有电流型和电压型，应依照 相对应的工作模式确定传导函数。这里就已 电流反馈形式的PWM芯片为例介绍 在FALYBACK中又有CCM、DCM、RCM三 种电路工作模式。对于哪种模式的电路都不 重要，因为它取决于芯片自身。 在设计完成变压器、EMI滤波、安规元件、芯 片周围电路、输出电路后才能进行设计反馈 反馈电路结构中通常采用放大器+光耦形式
重要概念
（略）
举例说明：
已知要求： Lp=2.7mH,Cout= R6 B C? 220+470uF,ESR=55mΩ, Np:Ns=140:23, 90-265Vac,CCM模式， Fs=50kHz,Rs=1.5 Ω, D=0.48,pwm电流型控制ic。 Vo=12V,Io=1A,Io（min）=0.3A（ccm）