电源环路补偿的基础——控制框图

控制框图是一种描述控制系统的一种图形数学模型，它能让人更好地理解动态系统的组成和互联。

1.控制框图

控制框图建模和传递函数模型描述了整个系统的因果(输入-输出)关系。例如，已知教室里的加热系统的简化控制框图，如下图所示，通过设置期望温度，也称为输入，可以打开锅炉为房间提供热量。这个过程相对直接。实际的室温也称为输出，通过恒温器内的传感器测量。恒温器内的简单电路将实际室温与期望室温进行比较(比较器)。如果室温低于期望温度，将产生误差电压。误差电压作为开关打开气体阀门从而打开锅炉(或执行器)。打开教室的门窗会造成热量损失，这自然会干扰加热过程(扰动)。

房间的温度是由输出传感器不断监测的，测量输出并将它与输入进行比较以建立误差信号的过程称为反馈。注意，这里的误差电压使锅炉打开，当误差达到零时，锅炉最终关闭。

本例中，控制框图只是简单地展示了系统组成部分之间的相互作用，并没有给出数学细节。如果系统所有元件的数学关系和函数关系已知，则控制器可以作为系统分析或者计算求解的工具。

大多数控制系统控制框图中的典型元件如下。

●比较器

●表示单个元件传递函数的方框，包括输入信号变换器、输出传感器、执行器、控制器、对象(被控变量的元件)

●输入或参考信号

●输出信号

●扰动信号

●反馈回路

图2中展示了这些元件互联的结构。可以对比图1和图2，为每个系统找到控制术语。

2.开关电源的系统框图

开关电源系统众所周知，开关电源是一个典型的闭环控制系统。下图是一个典型的反馈控制系统的框图：

在反馈控制系统中，控制器对被控对象施加的控制作用是取自被控量（即输出量）的反馈信息，用来不断地修正被控量与给定值之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制任务，这就是反馈控制的原理。

对于一个实际的系统而言，往往伴随着外界的扰动，则系统的输出将会受到扰动的影响：

开关电源是一个典型的反馈控制系统，将上图对应到开关电源：

在开关电源的环路分析中，通常我们把误差放大器部分叫做补偿电路（Compensation Circuit），把PWM发生器和功率拓扑（正激、反激、半桥、全桥.....）合并叫做功率级（Power Stage），于是有：

实际上，我们所说的环路控制，主要是在补偿电路上下功夫。

3.反馈控制系统的4大传递函数

闭环控制系统的典型框图如图所示。控制系统外作用一般有两类信号，一类是系统给定输入信号R(s)，另一类是系统扰动输入信号D(s)。研究系统受控量的变化规律，不仅要考虑给定信号的作用，还要考虑扰动信号的作用。

　　审核编辑：汤梓红