开关电源负反馈设计知识梳理

在实际中我们比较常用负反馈，但并不表示正反馈是没用的。在某些场合我们同样需要正反馈来实现一定的功能。 

在现实生活中，我们有很多负反馈的案例。比如说厂家生产的一种产品销售给了客户，并且通过一定的手段回访客户。客户呢会反馈对此临产此类产品的使用意见。比方说冰箱，消费者买了冰箱之后，会对冰箱的制冷效果，噪音等产生自己的感受。如果厂家在得到这些意见之后会改进产品，并且让产品更加符合客户的需求。这就形成了一种负反馈。还有比如说学校的老师传授知识给学生，那么老师会通过考试来了解学生掌握知识的程度，并且根据考试的结果改进教学内容，让学生更好的掌握知识，这也是一种负反馈。所以负反馈在我们生活中是无处不在的，只不过有一些负反馈很难用一个系统的理论去描述。 

但是我们开关电源中的负反馈却并没有那么复杂，它是有一套系统的理论可以去描述去论证的。我们主要讲解如何用数学公式去系统的描述开关电源的负反馈。

我们来看一个更加典型的负反馈案例，我们大家都会开车或者骑车，其实走路跑步也一样，为什么我们开车的时候可以沿着马路行驶，而不会开到沟里面去？

其实这就是一个典型的负反馈。在开车的时候，驾驶员的眼睛一直在判断车身的位置，并且和马路上的参考物作比较，参考物可以为马路上的标线或者马路本身。当驾驶员发现车身已经偏离他的参考物，就会加以修正。比方说当驾驶员发现车身已经右偏，那么就会左打方向盘来纠偏。如果车身已经左偏，那么会右打方向盘来纠偏。在这种动态的修正中，始终保持汽车行驶在车道里面，不会驶出路面，如果我们把路面参考物作为输入，那么汽车本身的行驶路线就是一种输出，我们要追求的目的就是输入，要等于输出。 

当我们驾驶员察觉到输出和输入有偏差的时候，就要去减少这种偏差，保持输出，始终跟随输入，这就是一种负反馈。那么在汽车行驶的途中，路上突然出现一块石头，出色的驾驶员就会以最小的转弯最快的速度绕过这块石头，并且稳定的回到既定路线中来，这就是动态响应和稳定性。而对一个新手很有可能手忙脚乱，转弯过大，导致偏离路线甚至翻车，这就是动态和稳定性不佳的表现。 

那么在这里石头或者意外情况就是一种劳动，在这里其实包含了负反馈的几个基本要素： 

一、基准或者参考

这里的基准其实就是马路本身或者马路上的标线，基准可以是稳定的，也可以是变化的。比如笔直的马路就是一种稳定的基准，而弯道很多的马路就是一种变化的基准。

二、检测系统

这里的检测系统就是人的眼睛和大脑，检测系统会检测受控物和基准之间的误差。

三、控制系统

这个案例的控制系统包含了大脑和四肢，用来控制汽车的行进方向。所以说一个出色的驾驶员可以构筑一个高性能的负反馈系统，不管外界如何劳动，都能把汽车行驶在既定路线中。那么我们设计开关电源也是要追求这样的效果，不管接受到什么样的劳动，都能把输出电压或者电流稳定在我们的既定目标里面。

接下去我们来讲开关电源的负反馈，实际上开关电源的负反馈要比人控制汽车的负反馈机理更加简单易懂，在开关电源中负反馈是这样形成的。

当电源处于稳定工作的状态下，采样电路会采样输出电压，并且把采样过来的电压和基准做比较，把基准和采样电压之间的差值作为误差信号，通过误差放大器放大误差信号之后，去控制开关管的占空比，如果误差信号缩小，那么占空比缩小，输出电压降低，抵制误差信号的缩小；如果误差信号增大，那么占空比增大，输出电压升高，也就是抵制误差信号的增大。这样通过控制误差信号在一定的值达到稳定输出电压的目的。

简而言之，误差信号表示的是输出和基准之间的差值，如果差距很大，反馈系统就要阻止它放大。如果差值缩小，那么反馈系统就要阻止它缩小。假如整个开关系统的开环系统的争议是无穷大，那么就意味着误差电压可以控制在0，但是事实上我们的系统争议不可能无穷大，所以我们只能维持误差电压在一个很小的值。那么如果负反馈的动态响应和稳定性很好，当输出电压突然下跌的时候，误差信号会被快速的放大，驱动占空比增大，此时输出电压就会被拉起来，并且快速的回到稳定值。

这里面同样包含着负反馈的几个基本要素：

一、基准或者参考物

在开关电源系统里面，基准通常是控制芯片提供的，比如控制芯片里面内置的0.6伏0.8伏之类的参考基准，或者431里面内置的2.5伏1.24伏等基准，这些基准都是电源输出电压的目标，输出电压或者输出电压分压之后，必须要和基准电压相同，这才是负反馈追求的目的。

二、检测系统

通常我们会采用电阻分压的方式来检测输出电压，并把检测的电压和基准做比较，把比较的误差电压通过运算放大器来放大。这里的运放我们通常也简称为误差放大器。

三、控制系统

电源控制芯片会把放大后的误差信号转化成PWN信号，并且用驱动电路放大PWM的驱动能力，最终控制开关管的占空比来达到控制输出电压的目的。这里其实包含了芯片的控制逻辑，比如电压型控制，电流型控制、电平控制等等。还有一个就是包含了我们电源功率级的拓扑架构，比如Buck、Boost、反激等等，不反馈的机理很容易理解，但毕竟它有难的地方，如何保证负反馈是稳定的，是高性能的，这就是接下去要讲的核心内容。