开关电源反馈控制原理介绍
开 关 电 源 反 馈 控 制 原 理 简 介
在原单接电容补偿的地方改接电阻R和电容串联。
Thanks!
－ uO
净输入量uD= uN－ uP ，反馈信号 使净输入量增大，引入的是正反馈。
净输入量iN= iI－ iF，反馈信号 使净输入量减小，引入的是负反馈。
Closed loop gain study 1
开环控制与闭环控制两者区别:
开环控制 没有反馈环节 闭环控制 有反馈环节可以对反馈的结果进行控制产生影响
反馈的概念：
控制系统中，输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入 量进行比较的过程，就是反馈
反馈类型：
正反馈—加入反馈后，净输入信号比没有引入反馈时增加了，输出幅度增加 。 负反馈—加入反馈后，净输入信号比没有引入反馈时减小了，输出幅度下降
负反馈的功能：
稳定静态工作点；稳定放大倍数；改善输入电阻、输出电阻；扩展通频带。
R2
uI
+ A uO
R1
uI
+ A uO
uI
+ A R
R的接入没有引馈的放 大电路
入反馈
Basic concept of feedback control 4
正反馈与负反馈 + uI uN + + uD uP R1
判断的方法：瞬时极性法
A + － uO
R2
－ uF
＋
R2
iF + R1 + iN uN uI A iI +
Af=A/1+Af
在深度负反馈条件下，其计算公式近似为：Af=1/F
General methods for compensation 1
电容滞后补偿法
将补偿电容连接在前一级的输出电阻和后一级的输入电阻都比较大的回路
开关电源工作详细原理讲解
开关电源工作详细原理讲解
开关电源是一种将输入电源转换为需要的输出电源的电子装置。
它主要由变压器、整流电路、滤波电路、功率开关器件、控制电路等组成。
以下是开关电源的工作原理的详细讲解。
1. 变压器：开关电源采用高频工作，输入的交流电压经过变压器降压，得到适合的工作电压。
2. 整流电路：变压器输出的交流电压经过整流电路，将其变为直流电压。
常用的整流电路包括单相半波整流电路、单相全波整流电路和三相全波整流电路。
3. 滤波电路：直流电压经过整流后还带有较大的纹波，需要通过滤波电路进行滤波，减小纹波。
常见的滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路。
4. 功率开关器件：开关电源使用功率开关器件（如MOSFET
或IGBT）来控制电流的开关状态。
通过控制开关的导通和关
断时间，可以调整输出电压和电流。
5. 控制电路：控制电路是开关电源的核心部分，它根据输出电压的反馈信号，实时调整功率开关器件的开关状态，确保输出电压稳定。
6. 反馈回路：开关电源会通过反馈回路感知输出电压情况，并将这一信息传递给控制电路。
当输出电压偏离设定值时，控制电路将校正功率开关器件的开关状态，维持输出电压的稳定性。
综上所述，开关电源通过变压器对输入电源进行降压，然后经过整流、滤波、功率开关器件和控制电路的协同作用，将输入的交流电源转换为稳定的直流输出电源。
控制电路通过反馈回路不断调整功率开关器件的开关状态，以维持输出电压的稳定性。
开关电源具有高效率、小体积、重量轻等优点，广泛应用于各种电子设备中。
开关电源工作原理
开关电源工作原理
开关电源，又称开关式电源，是一种将电能有源转换为高效直流电能供应的电源系统。
其工作原理可以分为以下几个主要部分：
1. 输入滤波：交流电从电源输入端进入开关电源时，首先经过一个电源输入滤波器。
该滤波器的作用是去除电源输入端的电源干扰，包括高频噪声和电源波动等。
滤波后的电源信号会进一步被送入下一个模块。
2. 整流和滤波：经过输入滤波的电源信号进入整流桥。
整流桥通过将交流电转换为脉冲直流电，使得电源信号的方向一致。
然后，通过滤波电容对这些脉冲进行平滑，去除脉冲部分，得到较为平稳的直流电源信号。
3. 交流直流变换：经过整流和滤波的直流电源信号进入交流直流变换器。
这个变换器使用高频开关器件（如MOSFET）来控制电源信号的开关转换，将直流电源信号转换为高频脉冲电流。
通过变压器的电感和电容滤波，将高频脉冲电流转换为平稳的低频直流电源。
4. 输出调整：经过交流直流变换后，得到所需电压和电流水平的直流电源信号。
然后，经过输出调整电路，如电压稳压器或电流限制器等，保证电源输出的稳定性和可靠性。
5. 反馈控制：为了保持输出电压稳定，开关电源通常会采用反馈控制机制。
在输出端引入一个反馈回路，监测输出电压，并
将监测结果与设定值进行比较。
然后，通过控制开关器件的开关状态来调整电源输出，使输出电压维持在设定值范围内。
需要注意的是，开关电源工作原理中的各个部分相互关联，通过精细的控制和调节，实现高效、稳定的电能转换。
这种工作原理使得开关电源在电子设备、计算机等领域得到广泛应用，并取代了传统的线性电源。
开关电源工作原理详解
开关电源工作原理详解
开关电源是一种将直流电转换为高频交流电，然后通过变压器进行变压、整流和滤波得到稳定的直流电输出的电源。
开关电源的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 输入电压调整：开关电源首先对输入电压进行调整，通常使用一个电压反馈回路来实现电压稳定。
具体方式是通过一个采样电阻将一部分输入电压反馈给一个比较器，与内置的参考电压进行比较并调整。
2. 脉冲宽度调制：为了将输入电压转换为高频交流电，开关电源使用脉冲宽度调制（PWM）技术。
通过调整一个脉冲调制器中的比较器输入电压来控制开关管的开关时间，从而调整输出电压。
3. 开关管控制：开关电源中的主要元件为开关管，通常使用MOSFET作为开关管。
通过控制开关管的导通和断开，可以将输入电压转换为高频的方波信号。
开关管的导通和断开通过PWM信号控制。
4. 变压器和整流：通过变压器将高频方波信号变换为适宜的电压，并进行整流。
变压器主要负责将输入电压变压到适合输出电压的比例，并通过整流电路将高频信号转换为直流信号。
5. 稳压和滤波：通过控制PWM信号的占空比和频率，可以调整输出电压的稳定性。
而后，通过滤波电容和电感器对输出直
流电进行滤波，减小输出电压波动。
6. 输出调节：将滤波后的直流电通过一个稳压稳流电路进行输出调节，确保输出电流和电压的稳定性和精度。
输出调节可以通过负载的变化来自动调整。
开关电源的工作原理利用了高频开关管的导通和断开来控制输出电压，通过变压器和整流电路将输入电压转换为稳定的直流电。
开关电源具有体积小、效率高、可调范围广等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
开关电源PWM的五种反馈控制模式
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开关电源,图解开关电源的pwm反馈机制
pwm 开关电源，图解开关电源的pwm 反馈机制
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC 和MOSFET 构成。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
开关电源工作原理
1.交流电源输入经整流滤波成直流；
2.通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上;
3.开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；
4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM 占空比，以达到稳定输出的目的。
交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰；。
开关电源原理详解
开关电源原理详解开关电源（Switching Power Supply）是一种将直流电源转换为不同电压、频率、波形的电源。
它通过开关管将输入电流以高频率开关，然后经过变压器、整流滤波和电压稳定电路，最终得到稳定的直流输出电源。
开关电源具有高效率、小体积和质量稳定等特点，被广泛应用于电子设备、通信系统、工业设备和生活家电中。
下面将详细介绍开关电源的工作原理。
开关电源主要由开关管、变压器、整流滤波电路以及反馈控制电路组成。
1.开关管开关管是开关电源的核心部件，一般采用MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）或IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。
它的主要作用是根据控制信号将输入电流以高频率开关，实现功率的高效转换。
当控制信号为高电平时，开关管导通，电压负载得到输入电流；当控制信号为低电平时，开关管截止，电压负载断开，这样在开关管导通和截止的切换过程中，输入电流可以快速转换，实现高效的功率传输。
2.变压器变压器主要起到变换输入电压的目的。
它由两个或多个线圈绕在磁性铁芯上构成。
其中一个线圈称为“主线圈”，接收开关管输出的高频脉冲，产生磁场；另一个线圈称为“副线圈”，接收主线圈产生的磁场，并输出变压后的电压。
变压器通过磁耦合原理实现高频信号的传输和电压的变换。
主线圈产生的磁场会感应到副线圈中的电动势，导致输出电压的变化。
变压器的绕组比例决定了输入电压和输出电压的变换比例。
3.整流滤波电路整流滤波电路用于将变压器输出的交流电压转换为直流电压，并去除残余的高频噪声。
它主要由整流二极管和滤波电容组成。
整流二极管用于将交流电压转换为单向的脉冲电压。
当输入电压为正向的时候，整流二极管导通；当输入电压为反向的时候，整流二极管截止。
这样就实现了交流电压向直流电压的转换。
滤波电容通过存储电荷的方式实现电压的平滑，去除残余的高频脉动。
当整流二极管导通时，滤波电容充电；当整流二极管截止时，滤波电容向负载释放储存的电荷，保持输出电压的稳定。
《开关电源反馈》课件
功率反馈
总结词
功率反馈通过监测开关电源的输出功 率来控制其输出。
详细描述
功率反馈的工作原理是将开关电源的 输出功率的变化转化为电信号，并将 其反馈到控制电路中。控制电路根据 反馈信号调整开关电源的输出，以保 持输出功率的稳定。
开关电源反馈系统的控制方式
总结词
开关电源反馈系统的控制方式主要有比例控制、积分控制和微分控制等。
反馈环路的设计原则
包括电源、反馈网络、比较器和误差放大 器等。
将输出电压或电流与参考值进行比较，产 生误差信号，用于调节开关电源的输出。
确保系统的稳定性和快速响应能力，同时 减小误差。
反馈元件的选择与设计
电阻的选择
根据系统要求选择适当的电阻值和精度 ，以满足系统性能要求。
运算放大器的选择
根据系统增益、带宽和精度要求选择适 当的运算放大器。
《开关电源反馈》ppt课件
目录
• 开关电源反馈系统概述 • 开关电源反馈系统的工作原理 • 开关电源反馈系统的设计
目录
• 开关电源反馈系统的应用 • 开关电源反馈系统的优化与改进
01
开关电源反馈系统概述
开关电源反馈系统的定义与作用
01
02
定义
作用
开关电源反馈系统是指通过反馈控制理论和技术，对开关电源的输出 电压或电流进行实时监测和调节，以保证输出稳定、可靠的系统。
这有助于提高光伏逆变器的效率和稳定性，延长其使 用寿命。
05
开关电源反馈系统的优化 与改进
提高开关电源的效率
01
02
03
优化控制策略
采用先进的控制算法，如 PID控制、模糊控制等， 提高开关电源的效率。
降低损耗
优化电路设计，减小导线 和元件的损耗，提高整体 效率。
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Contents
l Basic theory of feedback control
反饋控制的基本理論
l Closed loop gain study
閉環增益計算研究
l General methods for amplifier compensation
放大器常用補償方法
l Comparison and estimation for power supply application 開關電源供應器實際應用設計中,(各種反饋控制回路)比較與評估.
l Definition of feedback control
所謂反饋即將電路的輸出量(Vo或Io)引回到輸入端并與輸入量(Vi或Ii)進行比較.從而隨時對輸出量進行調整.(狹義)
反饋是指將控制系統的輸出量通過特定的途徑返回到系統輸入端與原始輸入量疊加,對系統的淨輸入量產生影響的過程.(廣義)
l Types of feedback control
正反饋: 鼓勵或加強一個行為.
負反饋: 校正或抑制一個行為.
l Function of negative feedback
提高增益的恒定性
減少非線性失真
抑制反饋環內噪聲
擴展頻帶
備註:以犧牲放大電路的增益為代價
Block Diagram
l
l
反馈的形式与判断方法
若放大电路中存在将输入回路与输出回路相连接的通路,即为反馈通路,并由此影响了放大电路的净输入,则表明电路有引入反馈,否则电路便没有引入反馈。
l
問題1:請判斷下列電路中是否引入反饋控制?
+-A
u I
u O
+
-A u I
u O
R
没有引入反馈引入反馈的放大电路没有引入反馈
l正反馈與負反饋判断方法---瞬时极性法
净输入量u D= u N－u P,反馈信号使净输入量增大,
引入的是正反馈净输入量i N= i I－i F,反馈信号使净输入量减小,引入的是负反馈
l四種類型的反饋組態
一電壓串聯負
反饋電路電流串聯負反饋電路
l
四種類型的反饋組態二
電壓并聯負反饋電路電流并聯負
反饋電路
l
負反饋對放大電路性能
的影響
Closed loop gain study
Block Diagram
l
閉環增益一般表達式的推導
Xo=A*Xid
Xf=F*Xo
Xid=Xi-Xf
Xi =K*Xs
Af=Xo/Xi=A/(1+AF) 負反饋放大電路基本方程式Afs=Xo/Xs=KAf以源信號Xs為基礎的增益式
l衡量負反饋程度的重要指標
反饋深度|1+AF|
環路增益-AF
l|1+AF|>1,增益減小,則稱為負反饋
l|1+AF|<1,增益提高,則稱為正反饋
l|1+AF|=0,則Af趨向為無窮大,即放大電路在沒有輸入信號時,也有輸出信號,自激.
l Example1
輸出被送入了正輸入端,結果輸出朝同一個方向走得更遠.
l Equation
Condition (1) Vin=0V
If Vref=2.5v, Vo=0V, Rref=10K, Rh=100K
For Vo=Vsum*A=4V
Condition(2) Vin=0V and Vo=4V 運用疊加原理與分壓原理得出
V+=2.64
l Function of Feedback Control
If we increase the Vi voltage slowly, please think about what happen at
the next .
l Hysteresis “遲滯”效應
由於正反饋加強輸出的變化,使得我們必須讓輸入沿著相反的方向走得更
遠,才能在輸出上產生又一次的變化.
l
Application Field
.
l Example 2分壓器電路
F=1/10.
Vi的放大倍數取決于F的值,假定
備註1:整個電路的增益實際由兩個簡單的電阻控制
備註2:運放的高開環增益特點使得負反饋這種情況的輸出增益近似等於1/F
l
Schematic(1)
l
Schematic(2)
閉環回路頻率響應(穩定度分析)
l工具一: 拉普拉斯變換(the laplace transform)
系統的特性常由輸入與輸出之間的關係來描述,而且是以數學模式所建立的微分或積分的方程式來表示,對某些輸入激發信號能夠表示出系統響應的概念.而這些方程式大都是以時域(time domain)來表示,因此處理上有些困難.但是將這些方程式經由拉普拉斯轉換到頻域(frequency domain)中.變成為代數(algebraic),則處理上會容易些,經由頻域分析所得之結果.可再有拉普拉斯逆轉換到時域中.
l工具二: 轉移函數(Transfer functions)
推導出系統的輸入驅動信號與輸出響應之間的關係G(S)=N(S)/D(S)
其中,N(S)=0的根稱之為系統的零值(zeros)
D(S)=0的根稱之為系統的極值(poles)
l工具三: 波德圖(bode plots)
為表述轉移函數的增益和相位特性,以分貝(decibel)為基準,所畫出來的函數曲綫就稱之為波德圖.
實際應用之---RC 積分
器電路
Vin=iR+1/C*∫idt
Vo =1/C* ∫idt
q= ∫idt 取代上式
Vin=R(dq/dt)+q/c
Vout=q/c
Vin(s)=(sR+1/C)*q(s)
Vout(s)=q(s)/C
Vout(s)/Vin(s)=1/(sRC+1)
取極值sRC= -1
則S= -1/(RC)
f = -1/(2ΠRC)
實際應用之---RC積分
器電路
1.在轉折頻率極值將使得增益圖形的轉移由0至1,漸進線會在fc點產生轉折.
2.漸進線的變化率用每十進有-20dB的斜率來表示.
3.相移變化為在fc/10與10fc兩點間產生90degree的相位落後.
l頻率補償技術(Frequency Compensation Technology)
通常在基本放大電路和反饋網絡中,增加一些元件(R,C)以改變反饋放大電路的開環頻率響應,使得在保證在一定的增益欲度或者相位欲度的前提下獲得較大的環路增益,這種作用稱為頻率補償.為此而構成的電路稱為補償網絡.
l補償的指導思想(Guide Ideology of Compensation)
人為地將電路的各個極點的間距拉開,特別是主極點和其相近的間距拉大,從而可以按預定的目標改變相頻響應并有效地增加環路增益(保證反饋放大電路溫度工作的條件并增加低頻環路增益).
l誤差放大器的補償(Error Amplifier Compensation)
大多數PWM控制的IC,其誤差放大器為高增益的運算放大器.能產生誤差信號至調變器的控制輸入端.而誤差放大器的主要任務就是將PWM轉換式電源供應器的環路閉合起來.並且其目的為在放大器周圍設計回授網絡.
l應用範圍較為廣泛的誤差放大器補償網絡(Examples)
放大器
l單極值回授
l 具有一對零值---極值的運算放大器
Schematic
Gain waveform
l 具有兩對零值---極值的運算放大器
Schematic
Gain waveform
l 具有回授阻抗的運算放大器
Schematic
Gain waveform
l 實際應用之---誤差放大器的設計介紹1
ST-TVS991,TVS992,TVS994,TVS991A,TVS992A,TVS994A
Rail-to-rail input/output 20MHz GBP operational amplifiers.
l 實際應用之---誤差放大器的設計介紹2
ST-TS507 high precision rail-to-rail operational amplifier
ST-TS321 low power single operational amplifier
l實際應用之---環路穩定度的測量
最簡單有效的方法測量電源供應器的暫態響應,即可得到閉環穩定度有關情況
.
+/-25% load變化下,開關電源供應器以不同的回
授放大器補償值所產生的典型的暫態響應軌跡
电源设计中反馈所带来的不良影响
l實際應用中,反馈设计不良影响:
l1. 振荡(造成输出端一些不必要的ripple &noise
l2. 相互干饶(同一电路中相同或是一不的工作频率影响电路的正常工作)
电源设计中反馈所带来的不良影响------
解决方案
电源设计中反馈所带来的不良影响------杂讯
(ripple&nosie)
电源设计中反馈所带来的不良影响------
解决方案
电源设计中反馈所带来的不良影响------杂讯
(ripple&nosie)
电源设计中反馈所带来的不良影响------
解决方案
Q&A。