設(shè)計穩(wěn)定的DCDC控制回路概要

“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchinaDC/DC掌握回路作者:MarkZiegenfuss高級應(yīng)用工程師Micrel假設(shè)既不知道誤差信號放大器極點和零點的適當(dāng)位置,也不知道其所需增益的變壓器的補償網(wǎng)絡(luò)很懸。通常都是通過反復(fù)試,一個系統(tǒng)化的近似方法可以解決這個問題。概述隨著開關(guān)頻率的增加,反響信號帶寬也會增加。反響信號的帶寬通常為開關(guān)頻率的五分之一至格外之一。反響信號帶寬通過測量開環(huán)傳遞函數(shù)的交越頻率來確MHz區(qū)域的開關(guān)頻率,使開環(huán)增益的交越頻率(f變壓器的co操作頻率,用我們的方法都會得到格外好的結(jié)果。調(diào)整開關(guān)電源通過負(fù)反響系統(tǒng)具有一個受控的輸出,而反響回路本質(zhì)上具有震(不穩(wěn)定,某些帶反響的系統(tǒng)在特定條件下會振蕩,所以我們首要的任務(wù)就是要知道何時以及何種條件下系統(tǒng)才能保持穩(wěn)定。反響理論,因此我們需要生疏一下反響理論。圖一描述了一個負(fù)反響系統(tǒng)。其閉環(huán)傳遞函數(shù)為:“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchina1+G(sH(s=0時,系統(tǒng)明顯不穩(wěn)定,G(sH(s-1是一個穩(wěn)定性的約束條件。G(sH(sT(s稱為開環(huán)傳遞函數(shù),T(s的大小為開環(huán)增益,有時也稱為回路增益,而T(s為開環(huán)增益的相位,或者簡潔的說就是回路相位。θ故此,當(dāng)|T(s|=1,Tθ開環(huán)增益和相位打算了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)描述的系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)時,T(s稱G(sH(s為圍繞回路上的正向增益和反向增H(s不為零,系統(tǒng)明顯具有反響增益,因此也就是一個閉環(huán)系統(tǒng)。(s-180。另一個穩(wěn)定系統(tǒng)的約束為當(dāng)|T(s|=1,而相位TθDC/DC變壓器反響系統(tǒng)2DC/DC變壓器的簡潔示意圖,Micrel”sMIC2130/1。內(nèi)部的跨導(dǎo)誤差放大器被用來補償電壓反響回路,C1R1再與另口接地。(注:陶瓷輸出電容可能需要第三類補償,這將是另一篇文章關(guān)注的主題。DC/DC3中的增益單元。2:簡化的系統(tǒng)構(gòu)造示意圖T(s=1(0db,而開環(huán)(s≥-度,即相位須大于(負(fù)的較少-180度。相位大于-180Tθ分的量稱為相位容限,(譯者注:系統(tǒng)由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定的相移附加量,典型值在30至60度之間。當(dāng)推測系統(tǒng)的穩(wěn)定性,以及在躍變的瞬間上沖和下沖的量有多少時,相位容限是一個關(guān)鍵參數(shù)?！?//powersystems.eetchina/“powersystems.eetchina3:DC/DC變壓器,增益分塊表示法開環(huán)傳遞函數(shù)的幅值和相位由下式給出:T(s=Gea*GPWMcmp(s*GPWRS(s*Gflt(s*Hfb(s,其中幅值為:|T(s|=|Gea(s|+|GPMWcmp(s|+|GPWRS(s|+|Gflt(s|+|Hfb(s|Tθ(s=θea+θPWMcomp+θflt+θfb3中跨導(dǎo)類型誤差放大器的增益由下式給出:Micrel”sMIC2130系列掌握器,gm=1.5ms,且,MIC2130/185%。此外,“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchina其中:,并稱之為調(diào)制增益。由此:=|Gea(s||GMOD(s|+|Gflt(s+|HfbMODCOUT,有一個相位提升,這是由COUT的等效串聯(lián)電阻(ESR產(chǎn)生的零點導(dǎo)致的。因此濾波“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchinaF0有兩個極點,Fesr有一個零點。此外,θflt=-180F0,+90Fesr.DC/DC變壓器的步驟使用一個網(wǎng)絡(luò)分析工具測量和繪制調(diào)制器和濾波器的增益,圖2中的(Vout/Vin=GMOD(s*Gflt從繪制中,覺察交越頻率點的增益,fco1/103.GMOD(s*Gflt(Eq.2所需的增益,fco頻點處的開環(huán)增益為0dB。故|T(2πfco|=0=|Gea(2πfco|+|GMOD(2πfco|+|Gflt(2πfcofb(2πfco|以及:|Gea(2πfco|=–|GMOD(2πfcoflt(2πfcofb(2πfco|設(shè)計有足夠增益的設(shè)計誤差放大器,fco0dB。設(shè)計實例作為一個例子,MIC2130掌握器家族,具有:Vin=24V;Vout=3.3V;Iout=10A;L=7.3mH,C=670mF;Resr=40milliohms;Fsw=150kHz。out/Vcomp=GMOD(s*Gflt2out(s/Vcomp(s4所示?！?//powersystems.eetchina/“powersystems.eetchina4:調(diào)制器的相位和增益“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchinaF0,Fesr的緣由,相位向-90度方向增加。極點和零點對相位的影響由低于10度開頭,到高于10度完畢,2.3kHz處的復(fù)極點,相位為-90度,23kHz時,6kHz90度相位超前,相位將為-180度。相位超前是由于濾波電容器的等效串聯(lián)電阻造成的。(實際上,此相位增益圖到達(dá)4,我們覺察直流和低頻區(qū)域的增益為:27+1037dBT(s的交越1/10(15kHz。由此,Tθ(j2πfco大于-180度,MOD(s*Gflt增益大約Tθ(2πfco=1(0dB,T(s=Gea(s*GMOD(s*Gflt(s*Hfb(s=1atFco此外,Hfb=Vref/Vout=0.7/3.3=0.212(or-13.5dB。從而,|Gea|=|T|–|GMOD|-|Hfb|02.313.5dB11.2dB3.63。因此誤差放大F15kHz處,gm*Zcomp3.63。(譯者注:這里是倍數(shù)關(guān)系,dB值。(即平坦的局部,其中心應(yīng)當(dāng)位于所期望的交越頻率處(見圖5,因此會得到最大的相移促進(jìn)。為了能得到T(s函數(shù)所期望的相位裕度,(Fco的相位提升到達(dá)Fco/10處,由于相位提升造成的影響,FFco10倍處,co處能夠最小,11.2dB。因此,C1=0.047微法,andC2=470皮法.跨導(dǎo)誤差放大器通常不期望在高頻處的誤差放大器的增益過高,由于這會在輸出端產(chǎn)生較強的,所以高頻處的增益應(yīng)當(dāng)被衰落。在低頻處,我們期望具有高的開環(huán)增益,以致能得到良好的整流特性來減弱功率的起伏。因此,誤差放大器的增益在低頻處應(yīng)當(dāng)被快速的增加。內(nèi)部的gmR1,C1C2,由下式給出:閉環(huán)傳遞函數(shù)為:“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchinaC2C1,上面的閉環(huán)傳遞函數(shù)的公式可被簡化為:C1引入了一個零點,R1C2引入了一個極Fzero1=1/(2πR1*C1,Fpole1=1/(2πR1*C2,Fpole,origin=1/(2πC1.“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchina5:誤差放大器的增益和相位5所示,R1=2.43k歐,C1=0.047微法,C2470皮法,andg,15KHz,誤差放m11.2dB,170度。“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchina,15kHz,且相位60度。“://powersystems.eetchina/“powersystems.eetchina6:T(s7綜合了全部的曲線,正如我們所見的,T(s=Gea(s*GMOD(s*Gflt(s*Hfb(s.另外,開環(huán)傳遞函數(shù)的幅度等于環(huán)路連接的各個方塊增益幅度的總和同時開環(huán)傳遞函數(shù)的相位等于環(huán)路連接的