控制環路、瞬態響應和轉換器穩定性

　　理想狀態下，在使用網絡分析儀測量時，一個穩定的轉換器應有至少45°的相位裕量。這么大的相位裕量降低甚至消除了輸出電壓振鈴，從而防止輸入電壓瞬態或者負載瞬態期間對電壓敏感型負載的破壞。

　　根據不同的控制拓撲，產品說明書可能會要求或者建議電阻式反饋網絡使用前饋電容（CFF）。圖4顯示了這種裝置。給電阻式分壓器添加前饋電容可產生零頻和極頻，得到相升壓，增加轉換器的相位裕量和交叉頻率，從而獲得一個更高帶寬、高穩定性的系統。《參考2》詳細介紹了這種電路。由圖4所示電路傳輸函數，分別利用方程式2和3計算出零頻（fz）和極頻（fp）：

　　方程式2

　　方程式3

　　很明顯，零頻和極頻都與電阻式分壓器和前饋電容所使用的值有關。因此，增加或者降低電阻值來優化效率、電壓精確度或者噪聲，會改變相升壓的頻率位置和系統的整體環路。要想保證穩定性，需根據前面的零頻或者是產品說明書建議的零頻（哪個值可用，就用哪個值），用方程式4計算一個新的CFF值：

　　圖4：使用前饋電容的電阻式反饋網絡。

　　設計實例3

　　通過使用一個降壓轉換器，我們看到了電阻式分壓器對轉換器穩定性的影響。本例中，我們使用了TI TPS62240降壓轉換器，并且VIN=3.6V，VOUT=1.8V，LOUT=2.2μH，COUT=10μF，ILoad=300mA.

　　圖5和圖6分別顯示了三種不同電阻式分壓器網絡的閉環響應及其相應瞬態響應。每個網絡都使用一個前饋電容，以描述分壓器網絡組件如何改變降壓轉換器穩定性。當使用分壓器網絡組件的產品說明書建議值時（R1=365kW，R2=182Kw和CFF=22pF），轉換器穩定，并且相位裕量為59°。它的瞬態響應對此進行了驗證，其輸出電壓稍許下降，并且沒有振蕩。

　　圖5：不同R1、R2和CFF值的降壓轉換器閉環頻率響應。

　　圖6：不同R1、R2和CFF值的降壓轉換器負載瞬態響應。

　　當反饋分壓器電阻按比例降至R1=3.65kW和R2=1.82kW，但使用相同前饋電容（CFF=22Pf）時，反饋網絡的零頻和極頻變化將相升壓從環路交叉頻率移除。頻率響應表明轉換器不太穩定，相位裕量為40°。轉換器的瞬態響應證明輸出電壓壓降更大，且振鈴更多。為了維持原始頻率響應和穩定性，我們重新計算CFF值，用于新的反饋電阻值。

　　利用方程式4，使用更小電阻值，前饋電容為2200pF，可計算得到新值。這樣得到的結果與每一種情況類似。相位裕量56°時，轉換器穩定，其瞬態響應得到驗證，輸出電壓微降，并且沒有振蕩。

　　對于一個在其控制拓撲中使用前饋電容的轉換器來說，改變電阻式分壓器的值很容易讓轉換器穩定降低。但是這個例子僅僅表明，只要前饋電容調節適當，改變這些值便可維持相同的頻率響應和瞬態響應。

　　特殊情況設計

　　如果設計人員必須使用前饋電容來提高穩定性，則一些轉換器的內部補償要求特定的CFF值。這種情況下，不應使用方程式4.設計人員應使用產品說明書的建議設計方程式。例如，TI TPS61070便有高側反饋電阻器（R1）的內部補償。它的產品說明書建議使用下列設計方程式，用于添加一個與R1并聯的電容：

　　本文結論

　　電阻式反饋分壓器或者網絡會影響DC/DC轉換器的效率、輸出電壓精確度、噪聲敏感度和穩定性。要想獲得具體產品說明書所列的性能，給反饋組件選擇使用產品說明書建議值非常重要。另外，有些時候系統要求可能會背離這些建設，以達到其他一些設計目標。在理解這些不同參數之間的優缺點以后，設計人員才能正確地選擇更大或者更小的電阻來滿足其應用需求。