1 概述

在所有的開關(guān)變換器中，輸出電壓v(t)是輸入電壓vg(t)、占空比d(t)和負載電流iload(t)，以及變換器器件參數(shù)的函數(shù)。在dc-dc變換器的應(yīng)用中，我們的目標是希望即使在有輸入電壓擾動、負載電流擾動或器件參數(shù)變化的情況下，也能得到一個恒定的輸出電壓v(t) = V。一種典型的情況如圖1.1所示，在一個離網(wǎng)電源中，輸入電壓vg(t)中可能包含由整流產(chǎn)生的工頻的二次諧波（100Hz或120Hz），其幅值也可能因為臨近功率系統(tǒng)的通斷而發(fā)生變化。

另外，負載電流iload(t)可能也會有顯著幅值變化，例如，當負載電流由滿載切換到50%負載時，或由50%負載切換到滿載時。但通常情況下，典型的供電規(guī)范要求在以上工況下輸出電壓必須保持在指定的范圍內(nèi)（例如：3.3V ± 0.05V）。

另一方面，電路中的器件參數(shù)在生產(chǎn)時允許存在一定的工差，因此在變換器的大批量生產(chǎn)中，其輸出電壓的誤差存在一定的分布范圍。我們希望所有這些誤差分布基本上都在指定的范圍內(nèi)，然而，如果不使用負反饋，這是不現(xiàn)實的。另外，對于逆變器，除了輸出電壓是交流量以外，以上類似的情況也同樣適用。

(a) 開環(huán)Buck變換器

(b) 輸出電壓v與占空比d，輸入電壓vg和負載電流iload的關(guān)系

圖1.1 典型開關(guān)電源

負反饋系統(tǒng)

我們不能簡單地將dc-dc變換器的占空比設(shè)置為一個固定值以期望在所有條件下都能獲得給定的恒定輸出電壓。采用負反饋的方法可以通過建立一個電路，根據(jù)需要自動調(diào)整占空比，使得系統(tǒng)即使在有輸入電壓擾動、負載電流擾動或器件參數(shù)變化的情況下，都可以獲得期望的高精度輸出電壓。

如圖1.2所示，是一個典型的負反饋系統(tǒng)框圖。輸出電壓v(t)由“傳感器”采樣獲得，增益為H(s)，在直流穩(wěn)壓電源或者dc-ac逆變器中，傳感器電路通常是電壓分壓器。將傳感器輸出信號H(s)v(s)與參考輸入電壓vref(s)進行比較，目標是使得H(s)v(s)等于vref(s)，以便v(s)精確地隨vref(s)變化（不考慮校正器、脈寬調(diào)制、門級驅(qū)動或者變換器功率級上的擾動分量）。

(a) 帶有反饋環(huán)節(jié)的Buck變換器控制框圖

(b) 反饋系統(tǒng)控制框圖

圖1.2 帶有負反饋的輸出電壓調(diào)節(jié)環(huán)路

參考輸入電壓vref(s)與傳感器輸出H(s)v(s)之差稱為誤差信號ve(s)。如果反饋系統(tǒng)工作良好，則vref(s) = H(s)v(s)，使得誤差信號等于0。在實際應(yīng)用中，誤差信號通常是非零的，但仍比較小。在圖1.2中，增加了校正器網(wǎng)絡(luò)Gc(s)，目的之一就是為了獲得一個較小的誤差。

注意，輸出電壓v(s)等于誤差信號ve(s)乘以校正器、脈寬調(diào)制器和變換器功率級的增益。如果校正器增益Gc(s)的幅值足夠大，那么一個小的誤差信號就可以使得直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生所需的輸出電壓v(t) = V（問題：H(s)和Vref(s)該如何選擇？）。因此，較大的校正器增益會使得誤差變小，從而提高輸出信號跟隨參考輸入信號的精度。這是反饋系統(tǒng)的 關(guān)鍵思想 。