初級車載 DC/DC 轉換器的環路特性

環路特性，即內部誤差放大器的相位裕量和增益裕量，是使 DC/DC 轉換器在一定規格內獲得穩定工作的重要因素之一。由于相位裕量和增益裕量的概念和計算公式取決于電路中使用的外圍元件和規格，因此如果存在變化較大的元件，則需要進行相應的調整，特別是 +B 需要較寬的電壓范圍，并且直接連接的 DC/DC 轉換器由于與外圍元件糾纏而需要仔細調整。本文以 12V 的車用鉛電池 (以下簡稱 +B) 為電源，解說關于 DC/DC 初級側的相位余量調整的注意點，并利用以下兩種電源仿真進行比較：

使用 AC 適配器 (12V 輸出) 作為電源的應用

例如在使用交流適配器 (12VDC 輸出) 作為電源的應用中，在設計時通常需要注意大約 ±10% 的輸入電壓變化。

+B 供電的應用程序

在大多數情況下，9Vin~16Vin 被認為是 +B 最初的設計值，此外還必須考慮冷啟動因素，在低于 9Vin 的電壓下預計需要穩定工作 (例如 IC 端電壓為 5V)。

使用 LTPowerCAD 進行仿真

接下來用 LTpowerCAD 模擬相位裕量和增益裕量。定數 ? LTC7803：12Vin/3.3Vout、Iout=20A、Fsw=500KHz、Ith：R3=10KΩ、C8=560pF、C4=22pF

圖1 LTC7803 仿真電路圖

由交流適配器供電應用結果 (12V 輸出)

圖2 假設使用交流適配器的波特圖 (12Vin±10%)

表1 使用交流適配器時的仿真結果 (12Vin±10%)

+B 供電的應用結果

圖3 假設有冷啟動 (5Vin~16V) 下 +B 的波特圖

表2 假設有冷啟動 (5Vin~16V) 下 +B 的仿真結果

從仿真結果中發現的差異

根據以上仿真結果可知，當 +B 為 5V 時，環路特性存在明顯差異，這被認為是寬輸入范圍的影響。雖然從一般的角度來看，這種仿真的結果似乎不是一個壞值，但在這個仿真中，環境溫度被設置為 Ta = 25°C，因此如果在實際機器上測試溫度波動后會有進一步的差異，則可能需要進行調整。在汽車應用中，Ta=-40°C~85°C 是基本溫度環境，需要根據安裝位置不同調整 Ta=-40°C~125°C。

如何調整環路特性

R3：調整交越頻率“Fc”

Fc 是增益為 0dB 時的頻率，Fc 小，則電阻降低，Fc 大，則電阻增加。相位裕量和負載響應能力有折衷傾向。與其通過降低 FC 來確保相位裕量的難度，不如調整響應，反之亦然，可以依此調整以適應應用。

C8：增益調整

容量值減少→增益小，容量值增加→增益大。在高增益下，建立時間趨于增加，但負載響應的過沖/下沖電壓可以降低，所以變化不會太大。較小的增益導致過沖/下沖電壓較小，建立時間較短，但相位裕量相對于 Fc 增加的趨勢趨于減小。

C4：形成高頻極 (用于降噪)

預計它主要在降低高頻帶的噪聲方面有效。

Cff：相位提前調整 (在本例中設置為 0pF)

推進高頻相位以改善負載響應特性，應根據相位裕量進行調整。

總結

本文利用兩種電源仿真，介紹了車載用 DC/DC 轉換器的環路特性調整的重要性和注意點。

審核編輯：湯梓紅