1 概述

在所有的開關變換器中，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（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，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的關系

圖1.1 典型開關電源

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、脈寬調制、門級驅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 關鍵思想 。