利用PWM反馈调节机制原理实现电源控制设计
电源设计中，环路反馈是非常有意思也是比较难的一个设计要点。我们在应用中，如果需要动态调整电源输出，应该怎么办呢？增加通信接口虽然方便，但是会增加成本。
馈点在ic内部
在我们日常应用过程中，电源反馈点（后文简称馈点）的位置，有两种方案，一种是电源输出不变，馈点集成在ic内部，对于这类普通电源而言，它的输出通常是不可更改的；对于高级一些的电源，虽然馈点也在ic内部，但是可以通过软件配置选择不同的输出档位，产生不同的输出电压。
馈点在ic外部
另一种方案是输出可调，具体是通过外接匹配电阻来控制其输出电压，这个优点是可以根据我们的需求，设置匹配电阻，进而控制其输出电压，比如下图，输出电压和电阻的关系可以通过下面公式得到。
但是，有一些特殊的应用场景，我们需要根据负载需求实时控制电源的输出电压，那么上面两种馈点的设计，就不能直接满足我们的需求了（一种是馈点在ic内部，输出不可调；一种是输出通过外接电阻设置，电阻固定后输出也固定，不能调节）。
在手机设计领域，一个经典的应用场景是无线充电，当发射端tx和接收端rx距离稍微变远时，我们需要增加tx输出功率，通过增加tx的电压来增加功率的话，我们可以怎么做呢？
有人说，选择带通信接口的电源，比如i2c接口，负载和电源通讯，负载需要高压时，就让电源增加输出电压，这个方案可行，但是意味着用功能更丰富的电源，这就要增加成本，都是钱啊，在几万、十几万的出货量面前，一毛钱也是钱！
基于pwm反馈的电源控制策略
那么介绍下今天的主角，基于pwm反馈的电源控制策略，不需要额外增加通信接口，就可以实现根据负载要求动态调整输出电压，既满足功能需求，又降低成本。
这个实现方案是在外接馈点的基础上实现的，其原理架构如下图。
负载通过一个io引脚和电源馈点连接，这个io引脚通过pwm来动态调整馈点电压，控制电源输出负载需要的电压。
我们先看下没有pwm时，电源通过反馈调节输出的工作原理，
电源刚启动时，会根据馈点匹配电阻，来输出电压，根据下图的电源框图，输出电压计算公式：
反馈点的电压为：
ic内部会通过误差放大器，将反馈电压vb与参考电压vr进行比较，如果vb的电压低于参考电源vr，电源ic就会增加输出vo，直到vb=vr；
反过来，如果反馈电压vb高于参考电压vr，那么电源ic就会降低输出电压vo，直到vb=vr；
如果此时负载需要调节电压，就调节pwm占空比，来调节馈点电压，进而调节vo。
引入pwm的反馈调节机制原理
引入pwm的反馈调节的框图如下，如果负载希望前端电源增加vo，就会减小pwm的占空比，pwm信号的占空比减小后，经过rc滤波得到的直流电平也会减小，该直流电平与反馈电压叠加后，使得vb减小，电源ic将vb与vr对比后，发现vb变小（会判定为vo减小），就会增加vo，进而使得vb增加，这个过程一直持续到vb=vr；此时负载就得到了它需要的电压值。
反之亦然：
如果负载希望前端电源减小vo，就会增加pwm的占空比，pwm信号的占空比增加后，经过rc滤波得到的直流电平也会增加，该直流电平与反馈电压叠加后，使得vb增加，电源ic将vb与vr对比后，发现vb变大（会判定为vo变大），就会减小vo，直到vb=vr，负载就得到了它需要的电压。
仿真验证
对下图线性电源进行仿真（一般线性电源噪声小，建议实际使用pwm反馈调节时，优先考虑开关电源），灰色框内表示ic本体，外部电阻、电容匹配网络一定要仔细计算，下图给的是参考值。
在占空比为50%时，电源输出为3.0v。
下图红色为a点pwm波形，频率为10khz，占空比为50%，蓝色为馈点b点电压波形，是滤波后的结果，vb大约是2.2v。
占空比是50%时，红色曲线输出电压vo大约是3.0v。
我们减小pwm的占空比到5%，根据前文分析，其输出电压应该会增加，下图红色是输出电压vo，蓝色是馈点电压波形vb，可以看到，pwm信号被滤波后，输出电压vo比占空比为50%时要大，有3.0v上升到3.2v，并稳定在3.2v。
反过来，我们增加pwm占空比到95%，根据前文分析，其输出电压应该会减小。下图红色是输出电压，蓝色是馈点电压vb的波形，可以看到，pwm信号被滤波后，随着馈点电压的上升，输出电压vo逐渐减小，最终稳定在2.8v。
以上就是基于pwm反馈的电源控制策略。
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馈点在ic内部
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馈点在ic外部
另一种方案是输出可调，具体是通过外接匹配电阻来控制其输出电压，这个优点是可以根据我们的需求，设置匹配电阻，进而控制其输出电压，比如下图，输出电压和电阻的关系可以通过下面公式得到。
但是，有一些特殊的应用场景，我们需要根据负载需求实时控制电源的输出电压，那么上面两种馈点的设计，就不能直接满足我们的需求了（一种是馈点在ic内部，输出不可调；一种是输出通过外接电阻设置，电阻固定后输出也固定，不能调节）。
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基于pwm反馈的电源控制策略
那么介绍下今天的主角，基于pwm反馈的电源控制策略，不需要额外增加通信接口，就可以实现根据负载要求动态调整输出电压，既满足功能需求，又降低成本。
这个实现方案是在外接馈点的基础上实现的，其原理架构如下图。
负载通过一个io引脚和电源馈点连接，这个io引脚通过pwm来动态调整馈点电压，控制电源输出负载需要的电压。
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电源刚启动时，会根据馈点匹配电阻，来输出电压，根据下图的电源框图，输出电压计算公式：
反馈点的电压为：
ic内部会通过误差放大器，将反馈电压vb与参考电压vr进行比较，如果vb的电压低于参考电源vr，电源ic就会增加输出vo，直到vb=vr；
反过来，如果反馈电压vb高于参考电压vr，那么电源ic就会降低输出电压vo，直到vb=vr；
如果此时负载需要调节电压，就调节pwm占空比，来调节馈点电压，进而调节vo。
引入pwm的反馈调节机制原理
引入pwm的反馈调节的框图如下，如果负载希望前端电源增加vo，就会减小pwm的占空比，pwm信号的占空比减小后，经过rc滤波得到的直流电平也会减小，该直流电平与反馈电压叠加后，使得vb减小，电源ic将vb与vr对比后，发现vb变小（会判定为vo减小），就会增加vo，进而使得vb增加，这个过程一直持续到vb=vr；此时负载就得到了它需要的电压值。
反之亦然：
如果负载希望前端电源减小vo，就会增加pwm的占空比，pwm信号的占空比增加后，经过rc滤波得到的直流电平也会增加，该直流电平与反馈电压叠加后，使得vb增加，电源ic将vb与vr对比后，发现vb变大（会判定为vo变大），就会减小vo，直到vb=vr，负载就得到了它需要的电压。
仿真验证
对下图线性电源进行仿真（一般线性电源噪声小，建议实际使用pwm反馈调节时，优先考虑开关电源），灰色框内表示ic本体，外部电阻、电容匹配网络一定要仔细计算，下图给的是参考值。
在占空比为50%时，电源输出为3.0v。
下图红色为a点pwm波形，频率为10khz，占空比为50%，蓝色为馈点b点电压波形，是滤波后的结果，vb大约是2.2v。
占空比是50%时，红色曲线输出电压vo大约是3.0v。
我们减小pwm的占空比到5%，根据前文分析，其输出电压应该会增加，下图红色是输出电压vo，蓝色是馈点电压波形vb，可以看到，pwm信号被滤波后，输出电压vo比占空比为50%时要大，有3.0v上升到3.2v，并稳定在3.2v。
反过来，我们增加pwm占空比到95%，根据前文分析，其输出电压应该会减小。下图红色是输出电压，蓝色是馈点电压vb的波形，可以看到，pwm信号被滤波后，随着馈点电压的上升，输出电压vo逐渐减小，最终稳定在2.8v。
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