把电源环路彻底讲明白——写给每一个看得懂原理图，却一直看不懂环路的硬件工程师
做硬件这么多年，我发现一个很有意思的现象。
很多工程师对电源都有一种“又爱又怕”的感觉。
说熟悉吧，Buck、Boost、Flyback这些拓扑都会画，UC3842、TL431、LM2596这些芯片也都用过，MOS、电感、二极管、电容，也知道怎么选，但是一聊到环路，很多人马上开始沉默。
比如：
为什么这个反馈网络里面是10k+1nF？
为什么别人把一个电容从4.7nF改成10nF，电源就稳定了？
为什么我的电源输出电压是正常的，但是动态响应很差？
为什么带载没问题，突然卸载的时候会出现一个很大的过冲？
为什么有些板子示波器看起来波形很干净，但是EMC就是过不了？
最后大家都会归结为一句：
“环路没调好。”
可是问题来了：环路到底是什么？
很多人第一次接触环路，是从错误的地方开始的
传递函数什么？
Bode图是什么？
极点、零点、相位裕量、幅度裕量。
说实话刚开始接触真的很痛苦。
因为这些词每一个都认识。
但是连在一起就不知道什么意思。
比如：
“增加一个零点，提高相位裕量。”
这句话看起来很专业。
但是实际工程中：
你真正面对的是：一个输出12V的反激电源空载正常，带5A负载后输出开始震荡。
你拿示波器看输出：
12V-->11.5V-->12.8V-->11.2V-->……
这时候你脑子里面想的不是：
“我的零点在哪里？”
而是：
“到底哪个参数错了？”
电源为什么需要环路？
我们先不讲任何理论，先看一个实际问题。
假设一个反激电源。
输入：24V
输出：12V
控制芯片：UC3842
现在输出端接一个负载，比如：一个电机控制板。
刚开始负载只有1A，电源工作正常。
突然电机启动，瞬间电流增加到5A。
这个时候，电源内部发生了什么？
负载需要更多能量，但是变压器每个周期传递的能量不会自动增加。
因为PWM还保持原来的占空比。
所以输出电容开始帮忙，电容放电。
输出电压下降: 12V-->11.8V-->11.5V
如果这个时候没有任何东西管它，输出就会一直下降。
那么问题来了：电源怎么知道输出低了？
靠什么？-------------靠反馈。
反馈，其实就是电源的一双眼睛
拿反激来说，输出12V。
反馈回路会有输出采样电阻、TL431、光耦、UC3842。
这几个东西组成了一个反馈通道。
当输出下降：TL431检测到“12V不够了”，于是调整光耦电流。
UC3842收到反馈变化，内部误差放大器改变COMP电压。
PWM占空比增加，MOS导通时间增加，变压器传递更多能量，输出慢慢恢复。
整个过程不是一次完成的。
而是在几十kHz甚至几百kHz的频率下不断重复。
这就是环路。
如果没有环路，会发生什么？
很多刚接触电源的人会认为：
“没有反馈，无非就是输出不准一点。”
其实不是。
没有反馈的电源，最大的问题是：它没有纠错能力。
输入电压变化---不知道。
负载变化---不知道。
温度变化---不知道。
它只能按照设计好的参数工作。
比如设计的时候：
输入24V/2A，可能工作很好。
但是当输入变成18V，负载变成5A。
它完全不知道应该怎么办。
所以真正可靠的电源，一定不是一个固定输出的机器，而是一个不断观察自己状态，并且不断修正自己的系统。
环路，其实就是一个不断纠错的人
如果用一个更生活化的例子，我觉得开车比较接近。
你开车的时候，目标速度保持60km/h。
正常情况下你不会一直死踩油门。
为什么？
因为你的眼睛一直在看速度。
速度低了：踩一点
速度高了：松一点
这个过程一直循环。
如果没有眼睛呢？
你只能保持一个固定油门，路平的时候可能没问题，但是上坡、下坡、堵车都会出问题。
电源也是一样。
输出电压就是你的目标车速，反馈就是眼睛，PWM就是油门，功率级就是发动机，环路就是那个不断调整的人。
那为什么有些电源会振荡？
这里才是很多工程师真正困惑的地方。
既然反馈这么好，为什么还会振荡？
原因很简单：反馈不是瞬间完成的，电路里面有延迟。
比如输出VOUT变化，经过采样电阻-->TL431-->光耦-->误差放大器-->PWM调节-->影响MOS，这个过程需要时间。
如果这个时间太长，问题就来了，系统已经变化完成了，你的调整动作才到。
就像一个反应迟钝的司机：车速已经下降很多，你才猛踩油门。结果踩过头，速度超过，然后再反向调整，最后越来越乱。
电源里面对应的就是输出震荡。
环路设计，本质是什么？
说到底环路设计不是为了追求一个漂亮的Bode图，也不是为了让公式看起来正确。
真正目的只有一个：
让电源能够快速发现错误，并且用合适的力度修正错误。
响应太慢了动态差，太快了容易振荡。
好的环路一定是在速度和稳定之间找到个平衡。
后面那些Pole、Zero，到底是什么？
很多人看到Pole、Zero，第一反应这是数学，其实不是。
它们只是工程上用来描述：电源反应速度和补偿方法的一种语言。
电感为什么难控制？
因为它有惯性，阻碍电流的变化。
电容为什么影响环路？
因为它储存能量。
这些都会让系统产生延迟。
这种延就是Pole。
而为了弥补这些延迟，我们增加补偿，产生Zero。
Type II、Type III本质都是让这个反馈系统更加聪明。
写在最后
从前以为环路是一件很神秘的事情，感觉会调环路的人，好像掌握了一门“黑魔法”。
但是后来真正做过一些项目以后发现，环路其实没有那么神秘。
因为环路，本质上就是给电源赋予了一种性格。
