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如何從外部?jī)?yōu)化降壓穩(wěn)壓器ICS的頻率響應(yīng)

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-02-17 11:00 ? 次閱讀

本應(yīng)用筆記描述了外部補(bǔ)償?shù)?a target="_blank">工作原理,并提供了利用上述器件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)姆椒āMㄟ^(guò)外部補(bǔ)償,通過(guò)添加帶有反饋電路的簡(jiǎn)單RC網(wǎng)絡(luò),調(diào)整降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的頻率響應(yīng),以增加或減少系統(tǒng)的帶寬。

介紹

ADI公司的大多數(shù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器允許用戶(hù)調(diào)整內(nèi)部控制環(huán)路。這通常是通過(guò)改變PGM(編程)組件從有限的可能配置中選擇替代配置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是,如果用戶(hù)需要更大的靈活性,則實(shí)施外部補(bǔ)償。本應(yīng)用筆記提供了降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器外部補(bǔ)償?shù)闹改希@些穩(wěn)壓器使用CMC來(lái)優(yōu)化其頻率響應(yīng),即增加或減少系統(tǒng)帶寬。

理論概述

為什么需要控制回路調(diào)整?

為什么需要調(diào)整控制回路有幾個(gè)原因。主要是需要進(jìn)行調(diào)整來(lái)解決不穩(wěn)定的循環(huán)。不穩(wěn)定的環(huán)路會(huì)降低設(shè)備的性能。這可能包括輸出電壓的不合理振蕩或開(kāi)關(guān)波形的過(guò)度抖動(dòng)。

或者,用戶(hù)可能需要調(diào)整控制環(huán)路以增加器件的帶寬,從而提高瞬態(tài)性能。如果用戶(hù)希望降低輸出電容以減少BOM,但仍保持穩(wěn)定的環(huán)路,則可能需要進(jìn)行調(diào)整。

圖1顯示了使用CMC的典型降壓轉(zhuǎn)換器的近似增益幅度響應(yīng)。

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圖1.典型降壓轉(zhuǎn)換器增益幅度響應(yīng)(CMC)。

如圖1所示,典型的CMC降壓轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)包括一個(gè)固有極點(diǎn)和ωO和 ω紅沉降率分別。極點(diǎn)ωO是“輸出負(fù)載極點(diǎn)”。其位置與施加的負(fù)載電流成正比。而零 ω紅沉降率由輸出電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 產(chǎn)生。通常,該零點(diǎn)要么被器件內(nèi)部補(bǔ)償中的極點(diǎn)抵消,要么被推到足夠高的頻率,使其影響可以忽略不計(jì)。

通常,CMC系統(tǒng)使用II類(lèi)補(bǔ)償(PI)進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償,這改善了穩(wěn)態(tài)誤差,并提供了交越頻率的靈活性。 圖2顯示了具有II型補(bǔ)償(近交越)的典型CMC的幅度響應(yīng)。

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圖2.典型降壓轉(zhuǎn)換器增益幅度響應(yīng)(CMC),具有II類(lèi)補(bǔ)償。

具有II類(lèi)補(bǔ)償?shù)牡湫徒祲恨D(zhuǎn)換器增益幅度響應(yīng)(CMC)

固有極點(diǎn)和零點(diǎn)以及內(nèi)部補(bǔ)償可能無(wú)法提供用戶(hù)所需的頻率響應(yīng)。在這種情況下,用戶(hù)可以首先調(diào)整IC的內(nèi)部控制回路,利用特定器件提供的可編程性。如果這不符合用戶(hù)的要求,則需要外部補(bǔ)償。這是通過(guò)在反饋電阻上并聯(lián)添加RC(串聯(lián)的電阻器和電容器)來(lái)實(shí)現(xiàn)超前或滯后補(bǔ)償的形式實(shí)現(xiàn)的。

鉛補(bǔ)償

引線補(bǔ)償?shù)哪康氖窃陬l率f處引入零點(diǎn)和極點(diǎn)Z和 fP分別,其中 fZ< fP.以下是引入鉛補(bǔ)償?shù)目赡軇?dòng)機(jī):

更高的帶寬(從而減少上升時(shí)間和建立時(shí)間)

更快的瞬態(tài)響應(yīng)

提高穩(wěn)定性(通過(guò)增加相位裕量)

引線補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)可能的缺點(diǎn)是它可能會(huì)增加高頻噪聲。為了防止這種情況,以更高的頻率放置一個(gè)極點(diǎn)。

圖3顯示了引線補(bǔ)償對(duì)幅度和相位的影響。在此示例中,fZ= 10Hz 和 fP= 10kHz 使用。

pYYBAGPu7cyAP_rHAABV3QPaVgw034.jpg?la=en&imgver=2

圖3.導(dǎo)聯(lián)補(bǔ)償頻率響應(yīng)。

滯后補(bǔ)償

滯后補(bǔ)償?shù)哪康氖窃陬l率f處引入極點(diǎn)和零點(diǎn)P和 fZ分別,其中 fP< fZ(<

圖4顯示了滯后補(bǔ)償對(duì)幅度和相位的影響。在此示例中,fP= 10Hz 和 fZ= 10kHz 使用。

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圖4.滯后補(bǔ)償頻率響應(yīng)。

CMC 降壓轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路帶寬 (BW)

對(duì)于負(fù)載點(diǎn)降壓轉(zhuǎn)換器(MAX20710、MAX20812等),控制環(huán)路帶寬與反饋分壓器比成正比,下式計(jì)算:

pYYBAGPu7c-AbGxkAAAJbVhK25I962.jpg?la=en&imgver=1

等式 1

其中

poYBAGPu7dCACc34AAAHNtoYPOU888.jpg?la=en&imgver=1

是從 VOUT 到 VSENSE 的反饋分頻器

COUT是輸出電容
G為可編程環(huán)路增益(從IC數(shù)據(jù)手冊(cè)獲得)

對(duì)于給定的“G”和“COUT”(根據(jù)電路要求固定),帶寬減少到:

pYYBAGPu7dGANlvpAAAPO8nRf-A350.jpg?la=en&imgver=1

等式 2

因此,通過(guò)改變反饋比同時(shí)保持其直流比恒定(以保持所需的基準(zhǔn)電壓),用戶(hù)可以增加或減少帶寬。

* COUT的計(jì)算包括其在額定輸出電壓下的降額

* 這種外部補(bǔ)償方法適用于所有帶寬與反饋比成正比的IC(如下式2)

電路實(shí)現(xiàn)

超前和滯后補(bǔ)償是通過(guò)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC外部的反饋電阻并聯(lián)添加RC網(wǎng)絡(luò)(串聯(lián)的電阻和電容器)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于引線補(bǔ)償(如圖5a所示),在頂部反饋電阻(R認(rèn)知障礙).對(duì)于滯后補(bǔ)償(如圖5b所示),在底部反饋電阻(R認(rèn)知障礙).

poYBAGPu7dOAY8OTAAApfSVtmWI708.jpg?la=en&imgver=1

圖 5a.引線補(bǔ)償電路圖。

pYYBAGPu7dSAYr_9AAAl6pfY5U0432.jpg?la=en&imgver=1

圖 5b.滯后補(bǔ)償電路圖。

補(bǔ)償對(duì)環(huán)路增益的影響 - T(s)

對(duì)于降壓穩(wěn)壓器,典型環(huán)路增益T(s)如圖6所示。

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圖6.閉環(huán)降壓穩(wěn)壓器框圖

環(huán)路增益 T(s) 寫(xiě)為:

T(s) = GC(s) × GVC(s) × H(S)

哪里

poYBAGPu7deAcYNOAAAMS4sfyvg962.jpg?la=en&imgver=1

從公式2

其中,
GC(s) 是內(nèi)部補(bǔ)償器 TF
GVC(s) 控制降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出TF

鉛補(bǔ)償:

包括鉛補(bǔ)償后,術(shù)語(yǔ)H(s)將修改為以下內(nèi)容:

pYYBAGPu7diAAb6HAAAQ1vTZya4544.jpg?la=en&imgver=1

poYBAGPu7dmAEFuAAAAyuZfILnM575.jpg?la=en&imgver=1

等式 3

R的串聯(lián)組合鉛和 C鉛在 F 處添加一個(gè)零點(diǎn)和極點(diǎn)Z和 fP給出者:

pYYBAGPu7duAX9R_AAAUgPcTOBU805.jpg?la=en&imgver=1

結(jié)果 1

并且觀察到 FZ

因此,更新的環(huán)路增益T(s)LEAD為:

poYBAGPu7dyAUoO_AAAZCHD69D8286.jpg?la=en&imgver=1

等式 4

下一節(jié)將進(jìn)一步詳細(xì)分析公式4。

滯后補(bǔ)償:

與鉛一樣,包括滯后補(bǔ)償,術(shù)語(yǔ)H(s)被修改為:

poYBAGPu7d2AM1-gAAAY5jy7tWw426.jpg?la=en&imgver=1

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等式 5

R的串聯(lián)組合滯后和 C滯后在 F 處添加一個(gè)零點(diǎn)和極點(diǎn)Z和 fP給出者:

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結(jié)果 2

并且觀察到P< fZ

因此,通過(guò)滯后補(bǔ)償,環(huán)路增益為:

pYYBAGPu7eKARE6PAAAV4ISzy5s172.jpg?la=en&imgver=1

等式 6

等式3和等式5證實(shí),H(s)=KDIV(即,根據(jù)公式2與BW成正比),根據(jù)極點(diǎn)零對(duì)的位置進(jìn)行修改。增加的極點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)根據(jù)頻率和R的值提供一定的增益/衰減鉛/滯后和 C鉛/滯后.這用于增加或減少當(dāng)前 BW。

因此,在反饋電阻兩端增加串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)會(huì)改變系統(tǒng)環(huán)路增益,最終改變轉(zhuǎn)換器的有效帶寬。為了分析新增加的極點(diǎn)和零點(diǎn)的影響,分別考慮超前和滯后補(bǔ)償。此外,極點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)提供的增益取決于頻率,因此使用波特圖的頻域方法來(lái)分析獲得的結(jié)果。

帶導(dǎo)聯(lián)補(bǔ)償?shù)沫h(huán)路增益分析

導(dǎo)聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹饕繕?biāo)是在環(huán)路增益T(s)下獲得帶寬的最大改善。本節(jié)提供元件選擇的設(shè)計(jì)方法(R鉛和 C鉛),目的是獲得給定系統(tǒng)的最大帶寬。

圖7所示為典型的補(bǔ)償電流模式控制系統(tǒng)。包括引線補(bǔ)償(外部)時(shí),以下是響應(yīng)(顯示圖7a所示系統(tǒng)交叉點(diǎn)附近的典型響應(yīng)):

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圖7.鉛補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率響應(yīng)在典型CMC系統(tǒng)上的疊加。
圖 7a.圖 7 的放大版本。

觀察到新添加的零點(diǎn)和極點(diǎn)在fZ和 fP使具有引線補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)具有從F開(kāi)始的額外增益Z,這有效地導(dǎo)致帶寬得到改善,因?yàn)檠a(bǔ)償系統(tǒng)在帶寬處越過(guò)0dB線新增功能.

從圖 4 所示的圖中,通過(guò)幾何圖形得出結(jié)論:

Log(?p) - Log(?z) = Log(BWNEW) - Log(BWOLD)

這意味著,

BWNEW = BWOLD × (?p / ?Z) 等式 7

這里
BWNEW - 表示具有導(dǎo)聯(lián)補(bǔ)償?shù)男陆辉筋l率
BWOLD - 表示交越頻率,無(wú)需外部補(bǔ)償

公式7是一個(gè)重要結(jié)論,因?yàn)樗鼘捀倪M(jìn)與極零對(duì)頻率之比直接聯(lián)系起來(lái)。該公式用于推導(dǎo)出RLEAD和CLEAD的值,它們提供了最大的帶寬改進(jìn)。

此外,從公式7可以清楚地看出,對(duì)于最大帶寬,極零點(diǎn)頻率比應(yīng)該是最大值。

在數(shù)學(xué)上(將結(jié)果 1 代入公式 7 的 LHS),比率簡(jiǎn)化為:

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等式 8

通過(guò)分析,觀察到公式8的最大值是在以下情況下獲得的:

R鉛<<·認(rèn)知障礙||R認(rèn)知障礙

由于R的推薦值認(rèn)知障礙/ 1認(rèn)知障礙在1kΩ至5kΩ之間,用戶(hù)可以選擇R鉛為任何值 <5Ω。

因此,對(duì)于給定的反饋電阻值,BW新增功能根據(jù)公式 7a 計(jì)算:

poYBAGPu7euAQXoFAAANUWebn-o815.jpg?la=en&imgver=1

公式7a是計(jì)算最大帶寬的有用工具新增功能這是在給定的反饋電阻值(即給定電壓)下實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)仔細(xì)選擇 R 最大化 BW鉛、C 的值鉛決定 f 的位置Z和 fP.極點(diǎn)零點(diǎn)對(duì)的位置也會(huì)影響帶寬和相位裕量改進(jìn)。

為了獲得最佳情況,將極點(diǎn)零點(diǎn)位置從低頻(低至100Hz)掃描到可能的最高頻率(由BW確定)老) 通過(guò)保持 R鉛恒定和變化的C鉛價(jià)值。

在這里,最高頻率是提供最小 C 值的頻率鉛,當(dāng) fZ= BW老.選擇高于此頻率不會(huì)為系統(tǒng)提供導(dǎo)聯(lián)線補(bǔ)償。要避免這種情況,請(qǐng)選擇 C鉛大于以下值:

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對(duì)多個(gè)系統(tǒng)配置進(jìn)行了全面的仿真硬件測(cè)試,得出了以下結(jié)果:

將極點(diǎn)零點(diǎn)對(duì)放置在最高頻率附近(BWOLD之前)并不能提供帶寬的最大改善,因?yàn)榕c漸近圖相比,幅度圖(實(shí)際圖)的交叉時(shí)間要早得多。但這種方法為系統(tǒng)提供了相位裕量的最大增量。

將極點(diǎn)零點(diǎn)對(duì)放置在較低頻率(< 1kHz)下可大幅降低系統(tǒng)的PM,但也提供了帶寬的最大改進(jìn)。

因此,極零點(diǎn)對(duì)的最佳位置是帶寬最大,PM降低最小的地方。這介于高頻和低頻之間。

因此,為了在略微降低PM的情況下最大限度地改善帶寬,使用公式9來(lái)計(jì)算C的值鉛.該結(jié)果是通過(guò)將fP放置在BW的1/10獲得的老如下圖所示:

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這意味著,CLEAD的計(jì)算公式為:

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等式 9

例如,如果系統(tǒng)的要求不僅僅是最大帶寬,而是提高帶寬和PM的功率,那么C鉛減少以調(diào)整所需的最佳情況。降低 C鉛減少了帶寬的改進(jìn),但增加了系統(tǒng)的PM。

以下是 C 的范圍鉛:

為了改善體重和粉末反射,但不能改善最大體重:

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對(duì)于最大帶寬(PM 沒(méi)有改善):

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引線補(bǔ)償硬件測(cè)試和結(jié)果

上述理論利用MAX20710和MAX20812評(píng)估板進(jìn)行測(cè)試。多個(gè) C外數(shù)值用于驗(yàn)證理論和實(shí)踐結(jié)果的一致性。此處顯示了其中一個(gè)結(jié)果。

為了進(jìn)行測(cè)試,將串聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò)與RFB1并聯(lián)添加,用于使用上述公式計(jì)算的導(dǎo)線補(bǔ)償和串聯(lián)元件的值。用于實(shí)驗(yàn)的組分具有1%(R鉛和 C鉛).

進(jìn)行的測(cè)試使用公式9計(jì)算C鉛.該測(cè)試的主要目的是在PM降低最小的情況下獲得最大的BW。

MAX20710評(píng)估板得到C結(jié)果外= 1600μF

以下是用于測(cè)試的值,它還包括 fZ和 fP使用所用組件獲得的值。

RFB1 and RFB2 VOUT RLEAD (?) CLEAD (Calculated) CLEAD (Used in Ckt) fZ (kHz) fP (kHz)
1.87kΩ 和 3.48kΩ 1V 0 19.5nF 18.3nF 4.67 7.21
- 帶寬(千赫) 下午 (°)
空載
無(wú)償 67.436 58.876
鉛補(bǔ)償 98.408 49.769
滿(mǎn)載
無(wú)償 69.285 58.037
鉛補(bǔ)償 112.604 50.257

根據(jù)公式7a,可實(shí)現(xiàn)的最大改進(jìn)為103.673kHz。

從表2的結(jié)果可以看出,改善與BW的計(jì)算值完全匹配新增功能即 BW老按極點(diǎn)到零頻率比縮放。

如前所述,盡管這種方法提供了帶寬的最大改善,但系統(tǒng)的PM略有降低(~8°),這主要是由于系統(tǒng)在較高BW下的較低相位。這是通過(guò)稍微減小 C 的值來(lái)調(diào)整的鉛.

降低 C鉛值可能會(huì)略微降低帶寬,但會(huì)改善PM,因?yàn)橐€補(bǔ)償提供了一些相位提升。

因此,公式9為最大帶寬改進(jìn)提供了最佳結(jié)果。這始終是執(zhí)行首次通過(guò)結(jié)果的領(lǐng)先補(bǔ)償?shù)牧己闷瘘c(diǎn)。

注意:最大帶寬改進(jìn)根據(jù) R 的值推遲認(rèn)知障礙和 R認(rèn)知障礙,即不同 V 的不同改進(jìn)外.

如圖8a和圖8b所示,以下是滿(mǎn)載= 10A情況下環(huán)路增益的波特圖(值如表2所示)。

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圖 8a.顯示未補(bǔ)償?shù)?s/m。

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圖 8b. 顯示鉛補(bǔ)償 s/m。

BW(頻域)的增加直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)(時(shí)域)的改進(jìn),即隨著帶寬的增加,系統(tǒng)對(duì)干擾的響應(yīng)更快。

使用2A至10A的脈沖負(fù)載和8A/μs斜坡測(cè)試響應(yīng),結(jié)果如圖9a和圖9b所示。

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圖 9a.使用 C 顯示未補(bǔ)償?shù)?s/m外= 1600μF。

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圖 9b. 顯示帶 C 的鉛補(bǔ)償 s/m外= 1600μF。

過(guò)頭
V中的未補(bǔ)償過(guò)沖出峰(毫伏) 28.8
V級(jí)導(dǎo)線補(bǔ)償過(guò)沖出峰(毫伏) 17.7
Δ V出峰- 過(guò)沖減少(mV) 11.1
負(fù)脈沖信號(hào)
V中的無(wú)補(bǔ)償下沖出峰(毫伏) 30
V級(jí)鉛補(bǔ)償下沖出峰(毫伏) 21.9
Δ V出峰- 下沖減少(mV) 8.1

觀察到瞬態(tài)期間的下沖和過(guò)沖在帶寬改善后降低了~8mv至10mV。因此,這是通過(guò)最后一刻調(diào)整來(lái)滿(mǎn)足規(guī)格的好方法。

MAX20812評(píng)估板C結(jié)果外= 870μF

對(duì)MAX20812評(píng)估板進(jìn)行類(lèi)似的分析,元件值如表4所示。

RFB1 and RFB2 VOUT RLEAD (?) CLEAD (Calculated) CLEAD (Used in Ckt) fZ (kHz) fP (kHz)
3.01kΩ 和 3.01kΩ 1V 0 25.6nF 25.3nF 2.09 4.18
- 帶寬(千赫) 下午 (°)
空載
無(wú)償 41.341 64.924
鉛補(bǔ)償 78.106 61.112
滿(mǎn)載
無(wú)償 46.893 68.28
鉛補(bǔ)償 82.685 62.05

同樣,根據(jù)公式7a,可實(shí)現(xiàn)的最大改進(jìn)為82.682kHz。

從表5的結(jié)果可以看出,改善與BW的計(jì)算值完全匹配新增功能,即 BW老按極點(diǎn)到零頻率比縮放。

對(duì)MAX20710的要求需要更多改進(jìn)的原因是R的差異認(rèn)知障礙和 R認(rèn)知障礙在相同輸出電壓下,MAX20812與MAX20710的比較值,最終改變公式7a中的極點(diǎn)至零頻率比。因此,為了更好地改進(jìn) BW,具有較低值 R 的配置。認(rèn)知障礙(與 R 相比認(rèn)知障礙) 是優(yōu)選的。

如圖10a和圖10b所示,以下是滿(mǎn)載= 6A時(shí)環(huán)路增益的波特圖(值如表5所示)。

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圖 10a.顯示未補(bǔ)償?shù)?s/m 波特。

pYYBAGPu7gCAb4o4AACF9ogjTkw475.jpg?la=en&imgver=1

圖 10b. 顯示鉛補(bǔ)償 s/m 值。

對(duì)于1A至6A的脈沖負(fù)載和5A/μs斜坡,瞬態(tài)響應(yīng)改進(jìn)如下:

poYBAGPu7gKAL2hBAABvh5l7mE8771.jpg?la=en&imgver=1

圖 11a.使用 C 顯示未補(bǔ)償?shù)?s/m外= 870μF。

pYYBAGPu7gOAJDorAAB75Gme3IQ398.jpg?la=en&imgver=1

圖 11b. 顯示帶 C 的鉛補(bǔ)償 s/m外= 870μF。

Overshoot
Uncompensated Overshoot in VOUT PEAK (mV) 48.1
Lead compensated Overshoot in VOUT PEAK (mV) 27.1
Δ VOUT PEAK - Overshoot reduction (mV) 21.1
Undershoot
Uncompensated Undershoot in VOUT PEAK (mV) 33.5
Lead compensated Undershoot in VOUT PEAK (mV) 22.5
Δ VOUT PEAK - Undershoot reduction (mV) 11.1

電壓的下沖和過(guò)沖降低了10mV至20mV,這是巨大的,與MAX20710以前的情況相比,這更好。這僅僅是由于MAX20812情況下帶寬增加更多。

從上述結(jié)果可以看出,超前補(bǔ)償是通過(guò)在R上添加一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。認(rèn)知障礙,其中 BW 的最大改進(jìn)受 f 位置的限制Z和 R 的值認(rèn)知障礙和 R認(rèn)知障礙.這種補(bǔ)償方法僅用于在一定程度上改善BW;因此,當(dāng)系統(tǒng)的所有其他組件都使用變量C固定時(shí),使用外部補(bǔ)償外要求。因此,如果需要在最后一刻進(jìn)行帶寬修改(有/沒(méi)有PM改進(jìn)),則鉛補(bǔ)償是實(shí)現(xiàn)它的最佳方法。

帶滯后補(bǔ)償?shù)沫h(huán)路增益

滯后補(bǔ)償?shù)闹饕康氖歉纳葡辔辉A浚≒M)并降低環(huán)路增益T(s)的帶寬(假設(shè)系統(tǒng)在較低的帶寬下PM較高)。這是在系統(tǒng)具有低 C 的情況下完成的外值,這會(huì)導(dǎo)致帶寬接近開(kāi)關(guān)頻率 (f西 南部),導(dǎo)致系統(tǒng)中的噪聲較高。

本節(jié)提供元件選擇的設(shè)計(jì)方法(R滯后和 C滯后),目的是減少交叉并在新的BW上改善PM。

注意:不要最大化帶寬降低,因?yàn)檫@會(huì)降低系統(tǒng)性能。

圖12所示為典型的補(bǔ)償電流模式控制系統(tǒng)。包含滯后補(bǔ)償后,疊加圖就是響應(yīng)。

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圖 12.滯后補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率響應(yīng)在典型CMC系統(tǒng)上的疊加。

設(shè)計(jì)方法與引線補(bǔ)償方法略有不同。在這里,PM改進(jìn)是從系統(tǒng)(即沒(méi)有外部補(bǔ)償)而不是從滯后補(bǔ)償中獲得的。事實(shí)上,滯后補(bǔ)償對(duì)系統(tǒng)相位的影響會(huì)減弱,如圖4所示。

因此,對(duì)于滯后補(bǔ)償系統(tǒng),PM最佳改進(jìn)(以較低帶寬從系統(tǒng)獲得)的標(biāo)準(zhǔn)是:

pYYBAGPu7gaADhE9AAAG8X3EeNg077.jpg?la=en&imgver=1

對(duì)于計(jì)算,用戶(hù)可以考慮邊界情況,即

pYYBAGPu7geAE62mAAALAJph578948.jpg?la=en&imgver=1

選擇 CLAG= 10nF(以獲得最佳帶寬降低并避免環(huán)路不穩(wěn)定問(wèn)題)。增加 C 的值滯后大幅降低帶寬,因?yàn)?fP放置在小于500Hz的頻率下,這導(dǎo)致增益曲線更快地越過(guò)0dB。

R 的值滯后根據(jù)結(jié)果 2 計(jì)算得出,由下式給出:

poYBAGPu7giANL9AAAALRJvFBQo999.jpg?la=en&imgver=1

等式 10

因此,R 的任何值滯后大于或等于公式10中的值可提供滯后補(bǔ)償?shù)淖罴呀Y(jié)果。

對(duì)于較低的帶寬,fZ進(jìn)一步向下移動(dòng)(即 fZ< 0.1BW老) 通過(guò)增加 C滯后并降低 R 的值滯后.這會(huì)將極點(diǎn)-零點(diǎn)對(duì)移動(dòng)到較低的頻率,從而進(jìn)一步改善系統(tǒng)的PM。

BW的價(jià)值新增功能通過(guò)滯后補(bǔ)償從上述 R 獲得滯后和 C滯后值提供 F 的最小減少C這樣補(bǔ)償系統(tǒng)的PM就不會(huì)因滯后補(bǔ)償而降低。

滯后補(bǔ)償硬件測(cè)試和結(jié)果

上述理論利用MAX20710和MAX20812評(píng)估板進(jìn)行測(cè)試。為了進(jìn)行測(cè)試,與R并聯(lián)添加串聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知障礙,并使用上述方程計(jì)算序列元素的值。用于實(shí)驗(yàn)的組分具有1%(R滯后和 C滯后).對(duì)于這兩種情況,C滯后使用 10nF(根據(jù)建議)。

以下是每個(gè)評(píng)估板的結(jié)果:

MAX20710評(píng)估板得到C結(jié)果外= 800μF

以下是用于測(cè)試的值,它還包括 fZ和 fP從使用的組件獲得的值。

RFB1 and RFB2 VOUT CLAG RLAG (Calculated) RLAG (Used in Ckt) fZ (kHz) fP (kHz)
1.87kΩ 和 3.48kΩ 1V 10nF 1.35kΩ 1.5kΩ 12.566 6.41
- 帶寬(千赫) 下午 (°)
空載
無(wú)償 125.669 37.984
滯后補(bǔ)償 84.523 54.438
滿(mǎn)載 – 6A
無(wú)償 127.192 38.13
滯后補(bǔ)償 83.319 54.198

從上述結(jié)果可以看出,隨著交越頻率或帶寬的降低,PM改善了~20°。對(duì)于分頻器的輕微修改,R滯后進(jìn)一步調(diào)整(如前所述),但這僅將分頻器偏移了很小的幅度。

圖13a和圖13b顯示了滿(mǎn)載= 10A時(shí)環(huán)路增益的波特響應(yīng)(值如表8所示)。

pYYBAGPu7gmAM2u2AACGwFFH8M0863.jpg?la=en&imgver=1

圖 13a.顯示未補(bǔ)償?shù)?s/m 波特。

pYYBAGPu7guAWE9ZAACPmHtlVc0283.jpg?la=en&imgver=1

圖 13b. 顯示了滯后補(bǔ)償?shù)?s/m 波特。

MAX20812評(píng)估板得到C結(jié)果外= 270.1μF

對(duì)MAX20812評(píng)估板進(jìn)行類(lèi)似的分析,元件值如表9所示。

RFB1 and RFB2 VOUT CLAG RLAG (Calculated) RLAG (Used in Ckt) fZ (kHz) fP (kHz)
3.01kΩ 和 3.01kΩ 1V 10nF 1.4249kΩ 1.42kΩ 11.169 6.025

表9顯示了組分值和其他計(jì)算量。

RFB1 and RFB2 VOUT CLAG RLAG (Calculated) RLAG (Used in Ckt) fZ (kHz) fP (kHz)
3.01kΩ 和 3.01kΩ 1V 10nF 1.4249kΩ 1.42kΩ 11.169 6.025
- 帶寬(千赫) 下午 (°)
空載
無(wú)償 111.69 55.714
滯后補(bǔ)償 65.898 63.079
滿(mǎn)載 – 6A
無(wú)償 131.651 52.574
滯后補(bǔ)償 70.925 66.9

在這種情況下,改進(jìn)了~11°,低于前一種情況,因?yàn)檫@種改進(jìn)來(lái)自系統(tǒng)本身,不依賴(lài)于補(bǔ)償。

圖14a和圖14b顯示了滿(mǎn)載= 6A時(shí)補(bǔ)償和未補(bǔ)償系統(tǒng)的波特圖(值如表10所示)。

poYBAGPu7gyAMhogAACYKAkRcQY324.jpg?la=en&imgver=1

圖 14a.顯示未補(bǔ)償?shù)?s/m 波特。

poYBAGPu7g2AUgb6AACdp4OYfYg389.jpg?la=en&imgver=1

圖 14b. 顯示鉛補(bǔ)償 s/m 值。

如前所述,滯后補(bǔ)償并不經(jīng)常使用,它主要用于系統(tǒng)C低的情況外計(jì)數(shù)(即高交越頻率)。

雖然,通過(guò)這種方法用戶(hù)可以將BW推到一個(gè)低得多的值,但建議不要低于f的1/10西 南部,因?yàn)橄到y(tǒng)性能下降主要與瞬態(tài)行為有關(guān)。

因此,滯后補(bǔ)償是改善PM的最佳方法之一,并具有降低系統(tǒng)帶寬的額外好處。

結(jié)論

外部補(bǔ)償獲得的結(jié)果適用于文檔開(kāi)頭提到的部件號(hào)。它也可以應(yīng)用于任何其他ADI的電源管理IC,這些IC具有類(lèi)似形式的帶寬方程,即與反饋比成正比。

在這種情況下,建議在反饋電阻兩端安裝一個(gè)用于RC網(wǎng)絡(luò)的DNI/DNP焊盤(pán),這在電路板的測(cè)試階段帶來(lái)了靈活性,以獲得必要的穩(wěn)定性裕量。

綜上所述,外部補(bǔ)償是提升原始系統(tǒng)性能的方法之一。

審核編輯:郭婷

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