為降壓穩(wěn)壓器設計補償網絡可能很繁瑣，可能需要多次迭代才能優(yōu)化解決方案。擁有優(yōu)化的控制回路，可以在保持適當穩(wěn)定性的同時實現快速瞬態(tài)響應，已成為一項重大挑戰(zhàn)隨著新應用程序的出現，例如ADAS和快速瞬態(tài)響應要求。為了解決這些問題，已經開發(fā)了帶有內部補償網絡的降壓調節(jié)器，以簡化設計過程。盡管具有內部補償網絡的優(yōu)勢，但可用于調節(jié)/改善外部瞬態(tài)性能的旋鈕卻更少了。主要的挑戰(zhàn)是如何評估內部補償網絡，以確保它們適合特定的應用。本文將提供有關如何評估內部薪酬網絡的指導。

峰值電流模式降壓穩(wěn)壓器

峰值電流模式（PCM）控制被廣泛用作降壓調節(jié)器的控制方法。與PCM控制電壓模式（VM）控制相關的優(yōu)勢已經得到了公認。圖1顯示了PCM降壓調節(jié)器的應用原理圖和典型波特圖。

圖1：PCM降壓穩(wěn)壓器原理圖和波特圖

圖1中的兩個功率級極點頻率可以分別用公式（1）和公式（2）計算

典型的II類補償網絡

圖2顯示了典型的II型補償網絡。II型補償為系統(tǒng)增加一個零（COMP-Z）和一個極點（COMP-P）。可以基于系統(tǒng)的無源分量來計算COMP-Z和COMP-P的頻率（請參見圖2，公式（6）和公式（7））。請注意，由于極點/零點引起的角度/相位和斜率/幅度都將以極點/零點頻率的10％開始變化，并且將以極點/零點頻率的10倍達到最大值。

圖2：II型補償網絡和零極點位置

COMP-Z的頻率可以用公式（6）計算：

關于降壓穩(wěn)壓器的瞬態(tài)性能，有兩個標準。一個是系統(tǒng)帶寬（BW），第二個是系統(tǒng)相位裕量（PM）。帶寬越高，瞬態(tài)響應越快。PM越高，系統(tǒng)越安靜且越穩(wěn)定。不幸的是，實際上增加BW會降低PM，反之亦然。這意味著在BW和PM之間需要權衡。為了在降壓穩(wěn)壓器中具有適當的帶寬以及可接受的PM和噪聲水平，BW等于開關頻率（fSW）的10％是合理的。

內部薪酬網絡評估準則

基于上一節(jié)的討論，我們假設可以使用公式（8）計算目標BW：

對于最大PM，補償網絡零（COMP-Z）需要在BW頻率處提供最大的相位提升。理論上，由于零而引起的正相位在其頻率的10倍時達到最大值。因此，將COMP-Z設置在帶寬頻率的10％到20％之間。該范圍考慮了系統(tǒng)中的任何其他寄生效應。因此，可以用公式（9）計算COMP-Z頻率和BW頻率之間的關系：

為了在較高頻率下適當衰減噪聲，假設開關頻率<1MHz?，則補償器（COMP-P）的極點必須近似等于f?SW?/ 2。如果開關頻率> 1MHz，則COMP-P必須接近fSW/ 2與輸出電容器ESR零之間的較低值，其由公式（5）估算。

需要考慮的重要實用技巧是，除非COUT是具有高ESR的電解，否則fSW/ 2具有主導作用，而COMP-P取決于該值。這使得可以用公式（10）估算COMP-P：

由于COMP-Z和COMP-P都是基于開關頻率定義的，因此可以使用這兩個方程式來提出第三個要求，即CCOMP和CHF之間的關系，并可以通過方程式（11）進行計算。 ）：

有了這三個基本要求，就可以根據應用的開關頻率來評估內部補償網絡的性能。

開關頻率可配置的零件

只要考慮兩個關鍵點，類似的方法也可以應用于具有可配置開關頻率的部件：

根據最小可配置開關頻率設置COMP-Z。

根據最大可配置開關頻率設置COMP-P。

基于最小可配置開關頻率來設置COMP-Z，因為隨著開關頻率的增加，電感器的尺寸也會成比例地減小。當在PCM降壓調節(jié)器功率級的第二極看，極點頻率（ω（由式（2）表示）大號）隨著電感（大號）減少。為ω大號增加，由此引起的磁極的相位延遲也從BW頻率進一步推出。由該極引起的負相的減少導致系統(tǒng)整體相的增加，從而導致系統(tǒng)的PM的增加。

因此，如果基于最小可配置開關頻率設置COMP-Z，則相位裕量（PM）將隨著開關頻率的增加而增加。

與COMP-Z不同，COMP-P頻率是根據最大可配置開關頻率設置的。如前所述，由于極點引起的幅度/角度以該極點頻率的10％開始下降。假設基于最小開關頻率設置了fCOMP-P?，F在，如果將器件配置為以最大開關頻率工作，則由于fCOMP-P（從0.1 xfCOMP-P開始生效）引起的相位減小將在其帶寬內發(fā)生。不建議這樣做，因為它在BW內放置了另一個桿。由于II型補償網絡中只有一個零，因此它無法補償該極點。因此，必須根據器件的最大開關頻率來設置COMP-P頻率。

案例研究– MPQ4430

讓我們實質性地探索這些原理。MPS的MPQ4330是一款36V，3.5A同步降壓轉換器，具有集成FET和集成補償網絡。圖3顯示了MPQ4430和內部補償網絡的典型應用原理圖。開關頻率通過FREQ引腳上的電阻設置。根據電阻值，這部分的開關頻率范圍可以在350kHz至2.5MHz之間。

圖3：MPQ4430典型應用和內部補償網絡

由于開關頻率在此部分是可配置的，因此必須遵循上一節(jié)中討論的方法。必須基于最小開關頻率350kHz來設置COMP-Z。

假設開關頻率為350kHz，則目標BW將是開關頻率的10％，即35kHz。現在，讓我們基于補償網絡的無源分量來計算COMP-Z頻率。在這一部分中，RCOMP和CCOMP分別為460kΩ和52pF。使用公式（6），得出fCOMP-Z為6.6kHz。根據公式（9），該值在4kHz至8kHz的可接受范圍內，這意味著滿足第一個要求。

接下來，對照公式（10）設置的要求檢查COMP-P頻率。再一次，由于開關頻率在這部分是可配置的，因此可在公式（10）中考慮最大可配置的開關頻率?？紤]到最大開關頻率為2.5MHz，必須將目標COMP-P頻率（fCOMP-P）設置為接近fSW/ 2 = 2.5MHz / 2 = 1.25MHz。

對于這部分，RCOMP和CHF分別為460kΩ和0.2pF。這導致fCOMP-P為1.7MHz，足夠接近1.25MHz目標。

最后，將CHF與CCOMP進行比較，以確保滿足公式（11）設置的要求。在這部分中，CHF和CCOMP分別為0.2pF和52pF。因此，CHF約為CCOMP的0.3％。因此，也滿足了CHF與CCOMP值（CHF<4％x C?COMP）的要求。

不同開關頻率下的MPQ4430波特圖

圖4顯示了MPQ4430隨開關頻率（進而是電感值）的變化而進行的波特測量。

圖4：三種開關頻率下的MPQ4430的波特圖

有兩個重要的發(fā)現。表1總結了結果

表1：表1：開關頻率增加對BW / PM的影響匯總

首先，從波特測量中可以看出，在較高的開關頻率下，PM得以改善。這是因為，是根據等式（2），極由于電感器（ω大號）被推進一步出作為開關頻率的增加。這會導致BW頻率處的負相位減少，而PM升高，這進一步證實基于最小開關頻率設置COMP-Z頻率是明智的決定。

注意，由于RCOMP和CCOMP是固定的，并且開關頻率的增加僅影響功率級中的第二極，因此BW相對固定。因此，可能期望隨著開關頻率的增加而增加BW。這可以通過添加外部旋鈕來實現。

在較高的開關頻率下增加環(huán)路帶寬和PM的有效方法是在反饋網絡中增加前饋電容器（CFF）（參見圖5）。

圖5：在補償網絡中添加前饋電容器以改善瞬態(tài)響應

添加前饋電容器可以大大提高系統(tǒng)的帶寬和PM。無論有無20pF前饋電容器，MPQ4430的頻率響應都是在2.5MHz開關頻率下獲得的。有了額外的電容器，BW和PM得以改善。

圖6：2.5MHz時帶和不帶前饋電容器的MPQ4430的波特圖

結論

本文提出了一種基于應用切換頻率來評估內部補償網絡能力的系統(tǒng)方法。所提出的評估技術涉及三個基本檢查，以確保內部補償網絡針對具有已知或可配置開關頻率的應用進行了適當設計。在某些情況下，添加外部旋鈕可以進一步改善系統(tǒng)的瞬態(tài)性能。這些原則已應用于MPQ4430，從而驗證了該技術的有效性。

編輯：hfy