DCDC模块电源的反馈电路和设计方法(精)
DCDC模块电源的反馈电路和设计方法
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。
DCDC模块电源的设计方法
• • •
三种基本的隔离开关电源：
L Vin
Lm
D
Vo
Vin
D1
D2
Vo
S
S
Flyback Converter
正激型变换器
L D1 Vo
Vin
S2
S1
D2
桥式变换器
电感的电磁学定义：
电路的观点：
i(t) + u(t) -
di(t ) u(t ) L dt
磁场的观点：
i(t)
φ
φ
Li(t )
1 B max Bdc B 2
铁磁材料的磁芯损耗的测量：
i(t) LCR Meter
+
u(t) -
根据实际工作的f和 ΔB画出磁芯的磁滞回线 （B-H），磁滞回线的面积即为磁芯损耗
R Q L
1/R代表了磁芯在小信号下的损耗大小。
1/ R
1 QL
Core characteristics analysis(1)
在国际单位制中：B称为磁感应强度，单位：特斯拉 T H称为磁场强度，单位：安培每米 A/m
o 4 107
φ
磁感应强度为B
面积为S
Bds
φ
s
BS
均匀磁场
称为磁通，磁通围绕电流构成一个闭合回路，且大小连续。 B又称为磁通密度
闭合的磁路及磁路中的气隙：
I
磁路长度lc 磁场强度Hc
磁性材料的磁芯损耗：
磁滞损耗：由于磁畴翻转导致的损耗，主要与磁性材 料的性质有关。
涡流损耗：变化的磁通在磁芯形成涡流（感应电流） 导致的损耗，主要与磁性的结晶情况有关。
互相绝缘的硅钢片用来减少涡流损耗。
DCDC模块电源的设计方法
DCDC模块电源的设计方法DC/DC模块是一种常见的电源转换模块，用于将直流电压的输入转换为不同的直流电压输出。
在设计DC/DC模块电源时，需要考虑多个因素，包括输入输出电压、电流要求、效率、稳定性以及电磁兼容性等。
下面我将详细介绍DC/DC模块电源的设计方法。
1.确定输入输出电压要求首先需要确定所需的输入和输出电压。
输入电压通常由电池、直流电源或其他电源提供，而输出电压则取决于所需的系统要求。
输入输出电压的选择应考虑到系统需求和电源模块的规格。
2.选择适当的拓扑结构DC/DC模块有多种拓扑结构可供选择，包括升压、降压、升降压和反激式等。
选择适当的拓扑结构取决于输入输出电压的差异、负载特性和成本要求等因素。
常用的拓扑结构有Buck、Boost、Buck-Boost和Cuk等。
3.计算元件参数在设计DC/DC模块电源时，需要计算和选择适当的元件参数，包括电感、电容、开关管和保护元件等。
这些元件的选择应根据输入输出电流、电压波动、功率损耗和效率要求等因素进行。
4.设计反馈回路DC/DC模块电源需要一个反馈回路以保持输出电压的稳定性。
常见的反馈方式有电压模式和电流模式控制回路。
选择适当的反馈方式取决于系统要求、稳定性和响应速度等因素。
5.优化功率转换效率为了提高DC/DC模块电源的效率，可以采取以下几个方法：-选择低功耗开关管和驱动电路，减少开关损耗；-优化电感参数，降低电感损耗；-使用高效的控制策略和调制技术。
6.考虑电磁兼容性在设计DC/DC模块电源时，还需要考虑电磁兼容性问题。
这包括减少电源模块对其他电子系统的电磁干扰，并对外界干扰具有一定的抗扰度。
为此，可以采取以下几个措施：-使用屏蔽材料和滤波器降低辐射和传导干扰；-应用良好的接地和屏蔽设计；-合理布局和排布电路板。
7.进行模拟和仿真在设计DC/DC模块电源时，可以使用模拟和仿真工具进行电路设计和性能评估。
这可以帮助验证设计的准确性和系统性能，减少实际测试的时间和成本。
DCDC电源电讲义路经验
内环 反馈量
控制量 D
控制量 If
输入量
输出量 Vo
B A Source
自动控制系统的数学描述：
c(t)
r(t)
变换环节
常微分方程描述： d d n n c ( t t ) a 1 d d n n 1 1 c ( t t ) . . a n c . ( t ) . b 0 d d m m r ( t t ) b 1 d d m m 1 1 r ( t t ) . . b m r . ( t ) .
C(s)H (s)R(s)
H(s) G 1(s) G 1(s) 1G 1(s)G 2(s) 1G (s)
G(s)=G1(s)G2(s) 称为反馈回路的开环传递函数，可以通过分析G(s) 的行为来考察反馈回路的稳定性，即当G(s)=-1或接近-1时系统将 变得不稳定.
开环传递函数的幅频特性（波特图）：
2. 传递函数G(s)的零点：即复数方程 b0smb 1sm 1...bm0 的根，即使G(s)为零的s的取值。
3. 传递函数G(s)的极点：即复数方程 sna1sn1.. .an0 的根，即使G(s)为无穷大的s的取值。
反馈系统的稳定性分析：
R(s) +
C(s)
G1(s)
-
R1(s)
G2(s)
增益必Phas须e ( f小) 于arg 0 G。 2
i
f
180
180 160
140
120
100 80
60
40 Gain ( f ) 20
Phase ( f )
0 20
40
60
80 100
120
140
160
180
DCDC电路设计
DCDC电路设计一．题目设计一个PWM开关稳压电源。
要求：输入电压 1-2 V 升压 5-20V二．设计方案方案1：实验原理开关稳压电源原理如图和串联反馈式稳压电路相比，电路增加了LC滤波电路以及产生固定频率的三角波电压发生器和比较其组成的控制电路。
Vi为整流滤波电路输出电压，Vb 为比较器输出电压。
Vb>0时，三极管饱和导通，二极管D截止，电感储能，电容充电，。
而Vb<0时，三极管截止，滤波电感产生自感电势，二极管导通，于是电感中储存的能量向负载释放。
输出电压Vo位Vo=qV1,q为脉冲波形的占空比，故称脉宽调制开关稳压电源。
当Vf>Vref时，比较放大器输出电压Va为负值，Va与固定频率三角波电压Vt 相比较，得到Vb的的方波波型，其占孔比q<50%,使输出电压下降到预定的稳压值。
同理，V1下降，Vo也下降，Vf<Vref,Va为正值，Vb的占空比<50%，输出电压上升到预定值。
具体实验电路三角波发生器电路为方案2：DC/DC变换器的基本类型开关电源是进行交流/直流、直流/直流，直流/交流的功率变换的电源，其核心部分就是DC/DC变换器。
其工作原理：控制通/断电时间比可以改变的电子开关元件，将直流电能变换为脉冲状交流电能，然后通过储能元件或变压器对脉冲交流电能的幅度按人们的要求做必要的变换，再经平滑滤波器变为直流。
升压型变换器如图表1，当开关管VT导通时，电流经电感L和开关管入地，电感上的电压降左端为正，右端为负，随着电流的增大，储存于电感中的磁能增大；当开关管截止时，电感上的电压调转极性，左端为负，右端为正，二极管导通，电流对电容C充电。
可见，输出电压UO高于输入电压UI。
在VT导通，VD截止期，负载上的电流是有电容放电维持的。
在开关管和二极管导通时的电压降远比输入的电压小时，则在VT导通期间ILMAX=ILMIN+UI/L*ton在VT截止期间ILMIN=ILMAX－（UO－UI）/L*toff由以上二式可得UO=UI(ton-toff)/toff=1/(1-D)*UI图表 1a．b两点为输出电压u。
DCDC设计原理、经验与应用技巧总结
DC/DC设计原理、经验与应用技巧总结摘要：DC/DC设计原理、经验与应用技巧总结0关键字：D C/DC,设计原理, 应用技巧0“绿色”系统的发展趋势不仅意味着必须采用环保元器件，还对电子产业提出了节能的挑战。
能源之星(En erg yS tr)和80+等组织都已针对各式消费电子(特别是计算类)颁布了相关规范。
对当前的消费者而言，更长的电池寿命也是个十分吸引的特性。
因此，更长的电池寿命、更小的外形尺寸及各国政府推出的新法规都在要求必需谨慎选择电源元件，尤其是对板上的D C-D C转换器。
这表示着新平台的功率密度、效率和热性能必须大幅提高。
众所周知，设计理想的D C-D C转换器涉及到众多权衡取舍。
功率密度的提高通常意味着总体功耗的增加，以及结温、外壳温度和P CB温度的提升。
同样地，针对中等电流到峰值电流优化D C/D C电源，几乎也总是意味着牺牲轻载效率，反之亦然。
本人结合自己十多年的D C-D C应用经验，谈谈D C-D C转换器的基本原理和设计经验技巧。
来源:大比特半导体器件网D C-D C就是直流-直流变换，一般有升压(BO O ST)、降压(BUC K型)两种。
降压式D C/D C变换器的输出电流较大，多为数百毫安至几安，因此适用于输出电流较大的场合。
降压式D C/D C变换器基本工作原理电路如图1所示。
VT1为开关管，当VT1导通时，输入电压Vi通过电感L1向负载RL供电，与此同时也向电容C2充电。
在这个过程中，电容C2及电感L1中储存能量。
当VT1截止时，由储存在电感L1中的能量继续向RL供电，当输出电压要下降时，电容C2中的能量也向RL放电，维持输出电压不变。
二极管VD1为续流二极管，以便构成电路回路。
输出的电压Vo经R1和R2组成的分压器分压，把输出电压的信号反馈至控制电路，由控制电路来控制开关管的导通及截止时间，使输出电压保持不变。
来源:大比特半导体器件网0图1、降压式D C/D C变换器基本工作原理电路0D C-D C设计技巧0一.D C-D C电路设计至少要考虑以下条件：1.外部输入电源电压的范围，输出电流的大小。
DCDc模块常见电路拓扑
Vds
Ip Lk
Cr
D
G S
[t3, t4]
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
t4 t1 LmCr
Lm,Cr的选取原则：
Lm*Cr
1 2
(1
Dm a x) 2 T
2
Vin/n-Vo VL
-Vo
谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)：
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6=t0
IL
ΔIL
Io
激磁电流对主开关的输出
电容放电。
VT
Vin/n
-Vc/n
有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)：
td1
td 2
Sa
D
Vin
Lm n:1
Lo
Vo
S1
1-D
-
Io
Vc
+
IL
+
VT
-
Vds
Vin
Sa
Ip Lk
Vin
n:1
L
Vo
T
Vgs
D 1-D
Io
Lm
IL
Vin
Vds
Ip Lk
Cr
D
G S
[t4, t5]
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Io
根据电感的伏秒平衡：
VL
(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T
Vo=VinD/n
Vin/n-Vo -Vo
谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)特征：
高效DCDC模块电源设计 精品
1 目的意义电源是一切电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。
而开关电源更为如此，越来越受到人们的重视。
目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化，其功耗都比较大，要求与之配套的电池供电系统体积更小、重量更轻、效率更高，必须采用高效率的DC/ DC开关稳压电源。
目前DC-DC转换器普遍地应用于电池供电的设备和要求省电的紧凑型电子设备中。
应用DC-DC转换器的目的是要进行电压转换,给一些器件提供合适的工作电压,保证有较高的系统效率和较小的体积。
分布式电源系统应用的普及推广以及电池供电移动式电子设备的飞速发展，其电源系统需用的DC/DC电源模块越来越多。
对其性能要求越来越高。
除去常规电性能指标以外，对其体积要求越来越小，也就是对其功率密度的要求越来越高，对转换效率要求也越来越高，也即发热越来越少。
这样其平均无故障工作时间才越来越长，可靠性越来越好。
因此如何开发设计出更高功率密度、更高转换效率、更低成本更高性能的DC/DC转换器始终是近二十年来电力电子技术工程师追求的目标。
DC/DC模块已被广泛应用于铁路通信、微波通讯、工业控制、船舶电子、航空电子、地面雷达、消防设备和医疗器械教学设备等诸多领域，其中有许多应用场合需要多路输出，如在单片机智能控制器中，单片机供电需要5V，而运放通常需要12V。
在设计多路输出时，有许多地方和单路输出不同，既要考虑变压器管脚限制、多副边变压器设计、各路的稳压电路实现，又要考虑每路轻载及满载的负载调整率，以及负载的交叉调节特性等。
目前电力电子与电路的发展主要方向是模块化、集成化。
此次设计要求设计一种DC/DC模块电源，要求此电源的输出电压和输入电压隔离，电源结构基于单端正激电路，采用单片集成电路。
输入电压：24V DC（变化范围18V～36V）。
输出电压：12V DC。
输出最大电流：1A。
效率：88%以上。
2 题目的描述和要求高效DC/DC模块电源设计为了提高中小功率开关电源的效率，设计了一种基于DPA425的高效小功率模块电源。
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1.
传递函数G(s)：所有控制系统的传递函数均为一有理多 项分式， 其中s为复数。
传递函数G(s)的零点：即复数方程 b0 s m b1s m1 ... bm 0 的根，即使G(s)为零的s的取值。 传递函数G(s)的极点：即复数方程 s n a1s n1 ... an 0 的根，即使G(s)为无穷大的s的取值。
s nC(s) a1s n1C(s) .... anC(s) b0 s m R(s) b1s m1R(s) .... bm R(s)
b0 s m b1s m1 ... bm C ( s) n R( s ) G ( s ) R ( s ) n 1 s a1s ... am b0 s m b1s m1 ... bm G( s ) n s a1s n1 ... am
2.
3.
反馈系统的稳定性分析：
R(s) + R1(s) G2(s)
C ( s ) H ( s ) R( s )
G1(s)
C(s)
H ( s)
G1( s) G1( s) 1 G1( s)G 2( s) 1 G ( s)
G(s)=G1(s)G2(s) 称为反馈回路的开环传递函数，可以通过分析G(s) 的行为来考察反馈回路的稳定性，即当G(s)=-1或接近-1时系统将 变得不稳定.
自动控制系统的数学描述：
R(s)
G(s)
C(s)
C (s) G(s) R(s) C (s) G1(s)G2(s) R(s)
G(s) G1(s)G 2(s)
C (s) G1(s)(R(s) R1(s))
G1( s)(R( s) G 2(s)C (s))
R(s)
G1(s)
G2(s)
3 ~ 5us
3 10
6
一階極點
p
1
1 10
4
1 10 f
5
1 10
6
积分器的传递函数：
C
G ( s) Uo / Ui
1 sC
Ui
R +
R 1 10
4
R
1 RCs
C 1 10
8
Vref
R1
Uo
180 160 140 120 100 80 60 40 Gain( f ) 20 0 P hase( f ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 10 100 f
拉普拉斯变换：
C (s) c(t )e dt
ts 0
s nC(s) a1s n1C(s) .... anC(s) b0 s m R(s) b1s m1R(s) .... bm R(s)
当 s i 时拉普拉斯变换即为傅立叶变换
自动控制系统的数学描述：
r(t) 变换环节 c(t)
P h ase ( f ) arg G 2 i f
1 80
1 10
3
1 10 f
4
1 10
5
开环传递函数稳定性判据：
1.
2. 3.
相位在低频段趋向于180度（即保证系统是负反馈系统）。
Open Loop Gain Phase Curve:
G ain ( f ) 2 0 l og G 2 i f
1 80
相角裕量(degree) 40o 增益裕度(db) 10db 反馈带宽(kHz) 9kHz
1 10
3
1 10 f
4
1 10
5
开环传递函数的幅频特性的测量：
R(s) + R1(s) G1(s) C(s)
G2(s)
如何测得开环传递函数G(s)=G1(s)G2(s)? R(s) + R1(s) G2(s) G(s)=A(s)/B(s) B C(s) A
开环控制系统
输入量 + -
误差量
控制器
控制量
被控对象
输出量
反馈量
反馈环节 闭环控制系统
自动控系统的基本形式：
输入量
+
误差量
输入量1 控制器1
+
误差量1 控制器2
控制量 被控对象
输出量
-
反馈环节
反馈量 内环反馈 反馈环节
双环控制系统
输出量 Vo
内环 反馈量 内环 输入量 控制量 D
输入量
控制量 If
180 165 150 135 120 105 90 75 Gain( f ) 60 45 P hase( f ) 30 15 0 15 30 45 60 75 90 1 10
4
R2 1 1 0
3
C1 1 1 0
8
C2 1 Βιβλιοθήκη 1 09R2+
Vref
R3
Uo
G( s) Uo / Ui
DC/DC模块电源的反馈电路
和设计方法
反馈电路(feedback loop)的基本概念： 1. 闭环控制和负反馈 2. 拉普拉斯变换和传递函数
3. 波特图(Bode Curve)
4. 稳定性判据 5. 波特图的测试 6. 基本电路的传递函数 7. 反馈回路的设计
自动控系统的基本形式：
输入量 控制器 控制量 被控对象 输出量
1. 稳定性：稳定性问题是任一自动控制系统能否实际应用 的必要条件，自动控制理论应给出影响稳定性的因数， 并给出各种因数引起稳定或不稳定的范围。 稳态响应：即在稳态情况下，控制系统控制的准确程度， 以及控制系统对各种干扰的抑制能力。
2.
3.
动态响应：当输入量改变或者有干扰引入后，控制系统 以多快以及怎样的方式达到新的稳定状态。
A/B
G1(s)
f
A
B
网络分析仪
输出量 Vo
B A Source
内环 反馈量 内环 输入量 控制量 D
输入量
控制量 If
控制量 Ve
反馈量
常见电路的传递函数：
R 复祖抗
R
C
1 j C
1 sC
L
jL
传递函数
R
sL
常见电路的传递函数：
R Ui C
R 1 10
90 80 70 60 50 40 30 20 Gain( f ) 10 0 P hase( f ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3 1 10 4
R2 R1Cs 1 G( s) Uo / Ui R1 R2 R' Cs 1
R1 1 1 0
90 80 70 60 50 40 30 20 Gain( f ) 10 0 P hase( f ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4
R'
R1 R2 R1 R2
1. 2. 3. 4. 分析固有电路（包括主功率电路, PWM控制器,光耦等）的相 位极性, 确定控制器的极性, 保证负反馈连接。 确定固有电路的极点分布情况，一般有输出滤波器的二阶极 点，光耦的一阶极点，功率电路的特殊极点等。 设计反馈控制器，选择适当的零点补偿频率最低的极点。一 般补偿1~2个极点，补偿的极点越多系统的动态响应越好。 确定反馈控制器的增益，以获得最大的带宽，同时保证足够 的增益裕度和相角裕量。在无法准确估计系统增益的情况下， 可尝试较小的增益设计，以使系统稳定，再尝试较大的增益， 以获得良好的动态性能。
1 10
3
1 10
4
1 10
5
PI调节器的传递函数：
R1
Ui R2 + Vref R3
R1 1 1 0
4
C1
G( s) Uo / Ui
1 R1 sC 1
R2
3
R1C1s 1 R2C1s
C 1 10
8
R2 1 1 0
Uo
180 165 150 135 120 105 90 75 Gain( f ) 60 45 P hase( f ) 30 15 0 15 30 45 60 75 90 1 10 100 f
9
Vref
R3
Uo
180 165 150 135 120 105 90 75 Gain( f ) 60 45 P hase( f ) 30 15 0 15 30 45 60 75 90 1 10 100 f
1 10
3
1 10
4
1 10
5
PI调节器的设计原则：
R1 Ui C1 C2
R1 1 1 0
C(s)
R(s) + R1(s)
G1(s)
C(s)
C ( s)
G2(s)
G( s)
G1( s) R( s ) 1 G1( s)G 2( s)
G1( s) 1 G1( s)G 2( s)
自动控制系统的数学描述：
R(s)
G(s)
C(s)
b0 s m b1s m1 ... bm G( s ) n s a1s n1 ... am
自动控制系统的数学描述：
c(t) 变换环节 r(t)
常微分方程描述：
dn dt n d c(t ) a1 dt n1 c (t ) .... an c (t ) b0
n1
dm dt m
d r (t ) b1 dt m1 r (t ) .... bm r (t )
m1
一阶极点
二阶极点
零点 一阶极点 零点
零点
开关电源反馈电路产生震荡的原因：
R1C1s 1 R2C1s( R1C2 s 1)