buck电路设计
开关直流降压电源(BUCK)设计
开关直流降压电源(BUCK)设计摘要随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。
近年来，随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论发展，新一代的电源开始逐步取代传统的电源电路。
该电路具有体积小，控制方便灵活，输出特性好、纹波小、负载调整率高等特点。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。
开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计开关电源，利用MOSFET 管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。
关键词：直流，降压电源,TL494,MOSFET1目录摘要 (1)Abstract........................................................... ........ 错误！未定义书签。
1.方案论证与比较 (4)1.1 总方案的设计与论证 ...................................... 错误！未定义书签。
1.2 控制芯片的选择 (4)1.3 隔离电路的选择 .............................................. 错误！未定义书签。
2. BUCK电路工作原理 ......................................... 错误！未定义书签。
3. 控制电路的设计及电路参数的计算 ................ 错误！未定义书签。
3.1 TL494控制芯片................................................ 错误！未定义书签。
buckboost电路参数设计
buckboost电路参数设计1.引言1.1 概述概述部分的内容：引言部分将对buckboost电路的概念和工作原理进行简要介绍。
buckboost电路是一种常用的直流-直流（DC-DC）转换电路，能够实现电压降低（buck）或增加（boost）功能。
它通过在输入和输出之间使用一对开关器件和电感来实现对电压的变换。
相比于其他转换电路，buckboost电路具有更广泛的应用领域和更高的功率转换效率。
在本文中，将重点讨论buckboost电路的参数设计。
参数设计是指在设计过程中确定电路的元件数值，以满足给定的输入电压和输出电压条件，并确保电路的稳定性和可靠性。
参数设计是设计工程师需要考虑的关键问题，它直接影响到电路性能和工作效果。
本文将详细介绍buckboost电路的参数设计要点。
首先，将介绍电路的基本原理和工作模式，以便读者更好地理解参数设计的背景和需求。
其次，将分析参数设计中需要考虑的关键因素，如输入电压范围、输出电压稳定性、电感和开关器件的选取等。
此外，还将介绍一些常用的参数设计方法和技巧，以帮助读者更好地进行电路设计和优化。
通过本文的阅读和学习，读者将能够全面了解buckboost电路的参数设计要点，并具备进行实际设计工作的基础知识和技能。
本文的内容将为设计工程师提供有价值的参考和指导，促进buckboost电路设计的发展和优化。
1.2文章结构1.2 文章结构本长文旨在介绍和探讨buckboost电路参数设计的要点。
文章将分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将首先对文章进行概述，简要介绍buckboost电路的背景和应用。
接着，阐述文章的结构，即介绍各个章节的主要内容和目的。
正文部分将详细介绍buckboost电路的基本原理和工作方式。
同时，重点关注buckboost电路参数设计的要点，包括输入电压范围、输出电压范围、电流要求、效率要求等。
通过深入分析这些参数设计要点，读者将能够了解如何根据具体需求来优化buckboost电路的设计。
buck电路环路参数设计
buck电路环路参数设计一、引言在电子工程中，Buck电路是一种常见的电源转换电路，广泛应用于各种电子设备中。
其工作原理是将输入电压的一部分转换成较低的输出电压。
对于Buck电路的设计，环路参数设计是其核心部分，直接影响电路的性能和稳定性。
二、环路参数设计1.电感的选择：电感是Buck电路中重要的元件，它能够抑制电流的波动，同时对交流信号进行过滤。
电感的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
一般来说，电感值越大，电路的抗干扰能力越强，但也会增加电路的体积和重量。
因此，需要根据实际情况进行权衡。
2.电容的选择：电容在Buck电路中扮演着重要的角色，它可以滤除高频噪声，提高电路的稳定性。
电容的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
同时，电容的耐压值也需要考虑，避免因过压损坏电容。
3.电阻的选择：电阻在Buck电路中主要用于调整输出电压和限制电流。
电阻的选取需要考虑电阻值的大小、功率以及电路的工作环境等因素。
电阻值过大，可能导致输出电压波动大，影响电路的性能；电阻值过小，可能导致电路发热严重，影响电路的稳定性。
三、设计实例假设我们设计一个用于手机电池充电的Buck电路，我们需要考虑以下环路参数：输入电压为3.7V，输出电压为3V，工作频率为1MHz，负载变化范围为5%-10%。
根据这些参数，我们可以进行以下设计：1.电感选择：根据工作频率和输入电压，我们选择电感值为5mH。
2.电容选择：由于工作频率较低，我们选择1uF的电容，并确保其耐压值能够承受输入电压和输出电压的叠加。
3.电阻选择：我们选择一个可调电阻，用于调整输出电压，使其在5%-10%的负载范围内保持稳定。
初始时，将电阻调至最大值，然后逐渐减小电阻值，直到达到最佳输出电压。
同时，为了限制电流，我们选择一个适当的限流电阻。
四、结论通过以上设计步骤和方法，我们可以成功地设计出一个性能稳定、体积轻便的Buck电路。
buck电路设计原则
buck电路设计原则Buck电路，也称为降压电路，是一种常见的开关电源拓扑结构，用于将输入电压降低到较低的输出电压。
以下是设计Buck电路时应考虑的一些基本原则：1.选择合适的元件：选择适当的功率开关器件（如MOSFET）、电感和电容是设计中的关键步骤。
这些元件的选取会影响电路的效率、稳定性和功率处理能力。
2.控制电路设计：选择合适的控制方案，如电压模式控制（Voltage Mode Control）或当前模式控制（Current Mode Control）。
电压模式控制通常用于轻负载条件，而当前模式控制则对于大范围负载变化具有更好的响应。
3.反馈回路设计：设计准确的反馈回路以确保输出电压的稳定性。
这可能包括使用反馈电压调节器、误差放大器和比较器等元件。
4.过电流和过温度保护：考虑加入过电流保护和过温度保护电路，以防止电路元件受损。
5.EMI和滤波设计：由于开关电源可能引起电磁干扰（EMI），设计中需要采取措施来降低这些干扰。
这可能包括使用滤波器和合适的线路布局。
6.稳定性分析：进行控制环路稳定性分析，以确保电路在各种工作条件下都能保持稳定。
这通常需要考虑控制环路的相位和幅度裕度。
7.效率优化：设计时需要考虑电路的整体效率。
这可能包括最小化开关损耗、导通损耗以及减小其他电源损耗。
8.温度管理：确保电路元件在正常工作条件下的温度不超过其规定的极限，可以通过选择合适的散热器和热管理方案来实现。
9.输入输出电容选择：选择合适的输入和输出电容以实现足够的滤波和稳压效果。
10.负载变化响应：考虑负载变化时电路的响应速度，确保在快速变化的负载条件下仍能维持稳定的输出。
在设计Buck电路时，综合考虑上述原则可以帮助确保电路的性能、稳定性和可靠性。
最终的设计选择将取决于特定的应用和要求。
buck降压电路设计
buck降压电路设计Buck降压电路是一种常见的电源电路，被广泛应用于各种电子设备中，如手机、电脑、电视等。
它通过降低输入电源的电压，得到所需的输出电压，以满足电子设备的工作要求。
在本篇文章中，我们将详细介绍Buck降压电路的设计原理和步骤。
让我们来了解Buck降压电路的基本工作原理。
Buck电路通常由输入电压源、功率开关、电感、二极管和负载组成。
其中，功率开关可以是MOSFET或BJT，用于控制电路的通断状态。
输入电压通过功率开关和电感形成一个电流环路，通过电流环路的开关控制，可以改变电路中电感的导通和断开状态，从而实现对输出电压的控制。
通过调节电流环路的开关频率，可以实现输出电压的稳定。
接下来，我们将详细介绍Buck降压电路的设计步骤。
1. 确定输出电压要求：我们需要确定所需的输出电压。
根据实际应用需求，确定输出电压的数值和精度要求。
2. 选择功率开关元件：根据所需输出电压和负载电流的要求，选择适当的功率开关元件。
常用的功率开关有MOSFET和BJT两种，根据实际应用需求选取合适的型号。
3. 计算电感和电容数值：根据所选功率开关元件的参数，以及设计输出电压和负载电流的要求，计算电感和电容的数值。
电感和电容的数值选择对输出电压的稳定性有很大影响。
4. 确定开关频率：开关频率也是Buck降压电路设计中非常重要的一个参数。
开关频率的选择要考虑输出电压稳定性、功率开关元件的性能和电路的EMI（电磁干扰）等方面。
5. 设计反馈回路：反馈回路用于检测输出电压，并根据需要进行调节。
常用的反馈回路有电压反馈和电流反馈两种。
根据设计需求，选择合适的反馈回路，并进行设计。
6. 进行仿真和优化：在设计完成后，可以进行电路的仿真和优化。
利用电路仿真软件，对电路进行模拟，验证设计的可行性和稳定性。
如果有必要，可以进一步对电路参数进行调整和优化。
7. PCB布局与焊接：将设计好的电路布局在PCB板上，并进行焊接和连线。
Buck电路的闭环设计及仿真分析
Buck电路的闭环设计及仿真分析一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，电源转换技术已成为现代电子设备不可或缺的一部分。
其中，Buck电路作为一种基本的直流-直流（DC-DC）转换器，因其结构简单、效率高、调节范围宽等优点，在电子设备中得到了广泛应用。
然而，为了确保Buck电路在各种环境和负载条件下的稳定性和高效性，闭环设计显得尤为重要。
本文旨在探讨Buck电路的闭环设计方法，并通过仿真分析验证设计的有效性。
文章首先简要介绍了Buck电路的基本原理和应用背景，然后重点阐述了闭环设计的重要性及常用方法。
在闭环设计部分，文章详细分析了反馈网络的选取、控制策略的制定以及功率级和控制级的协同工作等问题。
同时，结合具体的设计实例，阐述了闭环设计在实际应用中的具体实现过程。
为了验证设计的有效性，文章采用了仿真分析的方法。
通过搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对设计的Buck闭环电路进行了全面的仿真分析。
仿真结果证明了闭环设计的有效性，同时也为实际电路的制作和调试提供了重要参考。
文章对闭环设计的Buck电路进行了总结，并指出了未来研究方向和潜在的应用前景。
通过本文的研究，旨在为从事电源转换技术研究和应用的工程师和学者提供有益的参考和启示。
二、Buck电路的基本原理Buck电路，也称为降压转换器，是一种基本的直流-直流（DC-DC）转换电路，其主要功能是将较高的直流电压降低到所需的较低直流电压。
其名称来源于电路中开关元件（如MOSFET或晶体管）的操作，类似于"bucking"（减少或抑制）输入电压。
Buck电路的基本构成包括一个开关（通常是MOSFET），一个电感（或称为线圈），一个二极管（也称为整流器或续流二极管），以及一个输出电容器。
在开关打开时，电流通过电感从输入源流向输出，此时电感储存能量。
当开关关闭时，电感释放其储存的能量，通过二极管向输出电容器和负载供电。
Buck电路的工作原理基于电感的电压-电流关系。
BUCK电路方案设计
BUCK电路方案设计在电子领域中，BUCK电路是一种非常常见且重要的电路方案。
BUCK电路是一种降压型DC-DC转换器，也被称为降压开关电源。
它通过将输入电压降低到一个较低的输出电压来实现电源调节功能。
BUCK电路的工作原理是，当开关管导通时，输入电压源通过电感和开关管输出到输出电容上，输出电压上升。
当开关管截止时，电感中的能量继续通过电容供应负载，输出电压下降。
通过这种方式，BUCK电路能够稳定地将输入电压变为较低的输出电压。
1.确定输入和输出电压要求：根据具体应用需求确定输入和输出电压范围。
在此基础上，选择合适的开关管和电感。
2.计算工作频率：选择合适的工作频率，一般常见的有几十kHz到几MHz的范围。
工作频率的选择要平衡转换效率和滤波器尺寸。
3.计算电感和电容值：根据输入和输出电压范围，使用以下公式计算电感和电容值：电感值（L）=（输出电压/工作频率）*（输入电压-输出电压）/输出电流电容值（C）=输出电流/（工作频率*最大纹波电压）4.根据负载要求计算开关管的最大电流和功耗：通过确定负载电流以及开关管的最大导通时间和导通电阻，计算开关管的最大电流和功耗。
5.添加反馈控制：为了实现稳定的输出电压，需要使用反馈控制回路。
一般采用PID控制，通过调节开关管的导通时间来实现输出电压的调节。
6.性能评估和优化：通过仿真和实验评估BUCK电路的性能，包括效率、稳定性和纹波等。
根据评估结果进行优化，例如选择更合适的元件、调整控制参数等。
总之，BUCK电路是一种常用且重要的电路方案，适用于很多应用场景。
通过合理的设计和优化，可以实现稳定、高效的输出电压。
在实际应用中，还需考虑元件的选取、温度变化等因素，并根据具体需求进行优化调整，以实现最佳的电路性能。
基于BUCK电路电压模式的反馈环路设计
基于BUCK电路电压模式的反馈环路设计引言：BUCK电路，又称降压电路，是一种常用的DC-DC转换器，可以实现将高电压降低到较低电压的功能。
在电压模式的反馈环路设计中，我们通过对输入电压和输出电压的反馈进行比较和调节，来实现稳定的输出电压。
本文将详细介绍基于BUCK电路的电压模式反馈环路设计的原理和实现。
一、BUCK电路及其工作原理BUCK电路由输入电压Vi、开关管、二极管和输出电压Vo组成。
开关管和二极管周期性地开关应用于电感上的电流，从而实现输入电压的变换和输出电压的降低。
BUCK电路的工作原理如下：1.当开关管开启时，输入电压经过电感传递到输出端，此时电感上产生磁场，存储着能量。
2.当开关管关闭时，存储在电感中的能量被释放，流过负载。
3.通过控制开关管的导通和关闭时间，可以实现对输出电压的调节。
二、电压模式反馈环路的设计原理电压模式反馈环路的设计旨在实现输出电压的稳定性。
其基本原理如下：1.采集输出电压信号：通过反馈电路，将输出端的电压信号转化为对应的电压。
这个电压与跟踪目标电压误差成正比。
2.误差放大器：将误差信号与一个参考电压进行比较，产生一个调节信号。
这个信号控制着开关管的开关时间。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据调节信号，通过调整开关管的导通时间和关闭时间，来控制输出电压的变化。
4.稳定输出电压：根据调节信号的调整，可以保持输出电压的稳定性，实现与输入电压的变化无关的电压输出。
三、BUCK电路电压模式反馈环路设计步骤1.设计输出电压参考电压产生模块：根据需要设计一个能产生参考电压的电路模块。
这个参考电压将用于与输出电压进行比较，产生误差信号。
2.设计误差放大器：误差放大器将输出电压与参考电压进行比较，并放大误差信号。
设计误差放大器的参数时，需要根据系统的要求和输入输出电压的范围来选择合适的参数。
3.设计脉宽调制器：脉宽调制器根据误差放大器的输出，通过调整开关管的开关时间，来实现输出电压的稳定。
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Buck变换器设计——作业一．Buck主电路设计1.占空比D计算2.电感L计算3.电容C计算4.开关元件Q的选取二. Buck变换器开环分析三. Buck闭环控制设计1.闭环控制原理2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法3.PSIM仿真4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool5．修正后的PSIM仿真四．标称值电路PSIM仿真五．设计体会Buck变换器性能指标:输入电压：标准直流电压48V，变化范围：43V~53V输出电压：直流电压24V ，5A 输出电压纹波：100mv 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=250kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB一. Buck 主电路设计：1.占空比D 计算根据Buck 变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D 的变化范围。
.50V48V 24U U D .4530V 53V 24U U D 0.558V 43V24U U D innom o nommax in o minmin in o max =========2.电感L 计算uH 105f i 2)D U -(U i 2)T U -(U L sL min o inmax Lon(min)o inmax =∆=∆=3.电容C 计算uF25.1250000*1.0*825.0vf 8i C s L ==∆∆=电容耐压值：由于最大输出电压为24.1V ，则电容耐压值应大于24.1V 。
考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故电容选取120uf/50V 电容。
4.开关元件Q 的选取该电路的输入电压是43V~53V ，则开关管耐压值为53V ，电流的最大值为A 25.525.0A 5i I I L o Qp =+=∆+=，其开关频率为KHz 250f =，因此选用的MOSFET 管MTD6N15T4G ，其额定值为A 6/V 150。
Buck 主电路传递函数Gvd （s ）占空比d （t ）到输出电压Vo （t ）的传递函数为：220zinvd /s Q /s 1/s 1U )s (G ωωω+++=其中，CR 1,)C R R /L (1Q ,/R)R LC(11esr z esr 0esr 0=+=+=ωωω取R esr=50m Ω，负载R=4.8Ω，又知L=105uH ，C=120uF ，可求得ω0=8862.7rad/s ，f 0=ω0/2π=1410.5Hz ，Q=4.0269，ωz=166670rad/s ，fz=ωz/2π≈26526Hz 。
22vd 7.8862/s )7.8862*0269.4(/s 1166670/s 1*48)s (G +++=二. Buck 变换器开环分析Matlab 仿真频域特性如下bode 图由上图可得，Gvd(s)的低频增益为33.8dB，截止频率fc=10.2KHz，相位裕度=23<60，相位裕度不足，高频段是-20dB/dec。
1.开环传递函数在低频段的增益较小，会导致较大的稳态误差2.中频段的剪切频率较小会影响系统的响应速度，使调节时间较大。
剪切频率较大则会降低高频抗干扰能力。
3.相角裕度太小会影响系统的稳定性，使单位阶跃响应的超调量较大。
4.高频段是-20dB/dec,抗干扰能力差。
PSIM仿真（1）输入电压为48V时电压仿真波形如下图电压稳定时间大约5毫秒，稳定在24V 电压稳定后的纹波如下图电压稳定后的纹波大约为0.01V电流仿真波形如下图电流稳定时间大约6毫秒，稳定在5A 电流稳定后的纹波如下图电流稳定后的纹波大约为0.002A （2）输入电压变为53V时当输入变为53V 时，输出电压变为了26.5V 。
由仿真结果知，输出电压随输入变化而变化，无法使负载得到稳定的电压。
三. Buck 闭环控制设计1.闭环控制原理+-VinQfC fL RDUoAH(s)Vref+-Gc(s)脉宽调制输出电压采样与电压基准送到误差放大器，其输出经过一定的补偿后与PWM 调制后控制开关管Q 的通断，控制输出电压的稳定，同时还有具有一定的抑制输入和负载扰动的能力。
令PWM 的载波幅值等于1，则开环传递函数为F （s ）=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)2.补偿环节Gc(s)的设计——K 因子法补偿环节Gc(s)选用PID 调节器。
)s/1)(s/1()/s 1)(s/1(s )s (G c 2p p12z z1ωωωωω++++=c b K G其中，Kf Kf f ccc c πωωπωωπω2222p 1p 2z 1z =====，，323232p 121p 2112z 331z 311C C C C R 1C R 1)R R (C 1C R 1)C C (R *Gb +==+==+=ωωωωω，，，，K c（1） 确定闭环传递函数F(s)的剪切频率fc为了使系统响应速度较快，那么fc 越大越好；为了抑制开关频率出的干扰，fc 取的越小越好。
因此 fc 要这种考虑。
取fc=16kHz（2） 计算Gb取Vref=12V ，H(s)=1/2,则Gb=1/(Gvd(fc)*H(fc))= 4.5561（3） 计算KGvd(s)在fc=16kHz 处的相位是- 147.6°，有因为buck 变换器的相位裕度指标是60°，取相位裕度为65°所以Φb=60°-180°-（-90°）-（-173°）= 122.6°由公式Φb=2（arctan （√K ）- arctan （1/√K ））得K= 15.3（4） 确定零极点39324022570123200022p 1p 2z 1z ========K f K f f c cc c πωωπωωππω，，（5） 计算元件参数先取R1=1KΩ,Rbias=1KΩ,则由上述结果及公式可解得R2=67Ω，R3=1246Ω，C1=36.37nF，C2=5.96nF，C3=31.2pF3.PSIM仿真电压仿真结果如下图超调量太大，峰值电压达到了39.5V，要对K因子算出的结果进行修正。
4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool（1）把Gvd，Gc，H=0.5放到sisotool中得到K因子法算得的开环传递函数F(s)的bode图如下图幅值裕度为-20.4db，明显不符合要求。
闭环阶跃响应曲线如下图闭环阶跃响应曲线不理想，超调量过大。
（2）修正方法——在sisotool的bode图中调节零极点和曲线位置，找到一个不错的闭环阶跃响应如下图此时的bode图如下图（3）修正后的Gc的fc=55KHz，幅值裕度为无穷大，相角裕度为99.7°，wz1=12821rad/s，wz2=10101rad/s,wp1=393240rad/s, wp2=1996400rad/s,13902=KGcbω得修正后的Gc为)1996400s/1)(393240s/1()10101/s 1)(s/128121(s 13902)s (G c ++++=（4）修正后的参数为R1=Rbias=1K ，R2=33.8Ω，R3=1381.4Ω，C1=75.2nF ，C2=0.364nF ，C3=71.56nF5．修正后的PSIM 仿真（1）额定输入电压，额定负载下的仿真电压响应如下图电压稳定时间大约为1毫秒，稳定值为24V，超调量有所减少，峰值电压减小到了34.75V. 稳定后的电压纹波如下图电压纹波大约为11mV电流纹波如下图电流纹波大约为14mA，符合要求。
（2）额定输入电压下，由半载到满载的仿真电压响应曲线如下图电压调节时间大约0.4ms，纹波不变大约为11mV。
由此可见，输出电压对负载变化的反应速度很快且输出电压稳定。
电流响应曲线如下图（3）额定负载下，输入电压变化时的仿真输入电压从48V变到53V时的电压响应如下图输出电压的局部放大图像如下图由上图可知，输出电压调节时间大约为0.5ms，而且稳压效果好。
四．标称值电路PSIM仿真实际值为R1=Rbias=1K，R2=33.8Ω，R3=1381.4Ω，C1=75.2nF，C2=0.364nF，C3=71.56nF 取标称值为R1=Rbias=1K，R2=34Ω，R3=1370Ω，C1=82nF，C2=36pF，C3=68nF（1）额定输入电压，额定负载下的仿真电压响应如下图电压稳定时间大约为1毫秒，稳定值为24V，峰值电压为34.5V.稳定后的电压纹波如下图电压纹波大约为11mV电流纹波如下图电流纹波大约为14mA，符合要求。
（2）额定输入电压下，由半载到满载的仿真电压响应曲线如下图电压调节时间大约0.4ms，纹波不变大约为11mV。
由此可见，输出电压对负载变化的反应速度很快且输出电压稳定。
（3）额定负载下，输入电压变化时的仿真输入电压从48V变到53V时的电压响应如下图输出电压的局部放大图像如下图由上图可知，输出电压调节时间大约为0.5ms，而且稳压效果好。
五．设计体会通过BUCK变换器的设计，可以看出闭环控制的稳压及抑制干扰的作用。
在设计补偿电路时，K因子法是个不错的方法，简单准确，但难以使开环传递函数同时满足幅值裕度和相角裕度，无法直观的控制闭环阶跃响应。
而且通过K因子法算出的PID传递函数的两个零点必须重合，两个极点也必须重合，这大大限制了PID的调节性能。
可用sisotool对K因子法算出的结果进行修正，从而得到较为理想的幅值裕度、相角裕度和闭环阶跃响应，从而提高PID的调节性能。