Other Parts Discussed in Post: PMP8824, TPS53319, TPS53318, TPS53355
作者:Melinda Xie
控制環路增益可在波特圖(Bode Plot)中標繪,是一個能夠較好評估系統穩定性的指標。控制環路帶寬還可直接影響瞬態響應性能。
DCAP?或DCAP2?/DCAP3?調節器(在這次討論中筆者將稱之為DCAPx)因其簡單性而流行。當涉及到控制環路增益的測量時,DCAPx給工程師帶來了挑戰。通過從反饋電阻器分壓器的頂部切斷環路(如圖1所示),很容易測量波特圖。這適合傳統控制架構,因為傳統架構只有一條輸出反饋路徑,且反饋在脈寬調制(PWM)之前經過補償器。
圖1:傳統控制環路增益設置
與傳統電壓模式或電流模式控制架構不同的是,DCAPx控制系統擁有兩條直接輸出反饋路徑:一條通過反饋電阻器分壓器網絡,另一條則通過直流電阻(DCR)注入電路,如圖2所示。DCAPx控制系統并無傳統II型或III型補償器那樣的大直流電(DC)流增益誤差放大器。在FB引腳處調制PWM脈沖。FB引腳通常是傳統控制架構的誤差放大器負輸入端。對于DCAP、DCAP2、DCAP3,它是PWM比較器的一個輸入端。
圖2:具有DCR注入電路的DCAP調節器方框圖
如果舍棄一條反饋路徑的測量輸出值,那么用圖1所示設置測量的波特圖不直接與瞬態響應相關聯。因此要正確測量環路增益波特圖,環路切斷點應包括兩條反饋路徑,如圖3所示。
圖3:正確的DCAP調節器控制環路波特圖測量設置
對DCAPx調節器而言,確定PWM調制增益的是由DCR注入網絡和輸出電容器等效串聯電阻(ESR)在FB引腳處形成的三角波形的下降斜率。沿擾動注入線纜的寄生電感和電阻以及耦合至導線的噪聲將篡改FB引腳處的三角波形,從而使PWM調制增益不同于無測試設置的調節器的增益。
為了保持準確度,將一個旁路電容器(Cpass)并聯添加到20Ω的電阻器。這個20Ω的電阻器和Cpass形成了一個高通濾波器。轉角頻率設置得比轉換器開關頻率的一半還低,以便FB引腳處的三角波形在測試過程中與在正常運行期間基本相似。
對于開關頻率為500kHz的轉換器,筆者用0.22μF的電容器。對大多數應用來說,適當的Cpass值范圍:0.1μF至0.47μF。為盡量減少對系統的影響,DCR注入電容器(Cp)應比Cpass的十分之一還小,如圖3所示。
圖4展示了采用圖3所示測試設置的波特圖測量結果。Cpass = 0.22μF,CP = 22nF。通過調節Rp和Cff,交叉頻率被設定為開關頻率的六分之一,相位裕度為66度。筆者進行這些實驗所用的參考設計:為Altera公司Arria V FPGA中的電軌供電的步降型轉換器(PMP8824)。
圖4:用推薦的TPS53319(帶DCR注入電容器,Vout = 1.2V)的測試設置測量的波特圖
圖5展示了負載逐步升壓和逐步降壓時的相應瞬態響應。筆者還用PMP8824進行這些實驗。
圖5:TPS53319(Vout=1.2V)的負載瞬態響應
對DCAP2和DCAP3控制系統而言,DCR注入電路被集成在硅芯片內部。相同的技術均適用。圖6展示了DCAP2和DCAP3調節器的環路波特圖測試設置。
圖6:正確的DCAP2和DCAP3調節器控制環路波特圖測量設置
對DCAP或DCAP2/DCAP3調節器而言,波特圖是可測量的。可借助以前討論中所提供的技術測量波特圖,以確保系統的穩定性并用于優化瞬態性能的指南。
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