如何用DCAP調(diào)節(jié)器有效地測量波特圖?
發(fā)布時(shí)間:2015-05-27 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】與傳統(tǒng)電壓模式或電流模式控制架構(gòu)不同的是,DCAPx控制系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò),另一條則通過直流電阻(DCR)注入電路。本文教大家如何用DCAP調(diào)節(jié)器有效地測量波特圖。
作者:Melinda Xie
控制環(huán)路增益可在波特圖(Bode Plot)中標(biāo)繪,是一個(gè)能夠較好評估系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)??刂骗h(huán)路帶寬還可直接影響瞬態(tài)響應(yīng)性能。
DCAP™或DCAP2™/DCAP3™調(diào)節(jié)器(在這次討論中,簡稱之為DCAPx)因其簡單性而流行。當(dāng)涉及到控制環(huán)路增益的測量時(shí),DCAPx給工程師帶來了挑戰(zhàn)。通過從反饋電阻器分壓器的頂部切斷環(huán)路(如圖1所示),很容易測量波特圖。這適合傳統(tǒng)控制架構(gòu),因?yàn)閭鹘y(tǒng)架構(gòu)只有一條輸出反饋路徑,且反饋在脈寬調(diào)制(PWM)之前經(jīng)過補(bǔ)償器。
圖1:傳統(tǒng)控制環(huán)路增益設(shè)置
頻率分析儀
誤差放大器補(bǔ)償器
與傳統(tǒng)電壓模式或電流模式控制架構(gòu)不同的是,DCAPx控制系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò),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(tǒng)并無傳統(tǒng)II型或III型補(bǔ)償器那樣的大直流電(DC)流增益誤差放大器。在FB引腳處調(diào)制PWM脈沖。FB引腳通常是傳統(tǒng)控制架構(gòu)的誤差放大器負(fù)輸入端。對于DCAP、DCAP2、DCAP3,它是PWM比較器的一個(gè)輸入端。
圖2:具有DCR注入電路的DCAP調(diào)節(jié)器方框圖
相位
調(diào)制器
接地(GND)
PWM
如果舍棄一條反饋路徑的測量輸出值,那么用圖1所示設(shè)置測量的波特圖不直接與瞬態(tài)響應(yīng)相關(guān)聯(lián)。因此要正確測量環(huán)路增益波特圖,環(huán)路切斷點(diǎn)應(yīng)包括兩條反饋路徑,如圖3所示。
圖3:正確的DCAP調(diào)節(jié)器控制環(huán)路波特圖測量設(shè)置
相位
調(diào)制器
GND
PWM
對DCAPx調(diào)節(jié)器而言,確定PWM調(diào)制增益的是由DCR注入網(wǎng)絡(luò)和輸出電容器等效串聯(lián)電阻(ESR)在FB引腳處形成的三角波形的下降斜率。沿?cái)_動(dòng)注入線纜的寄生電感和電阻以及耦合至導(dǎo)線的噪聲將篡改FB引腳處的三角波形,從而使PWM調(diào)制增益不同于無測試設(shè)置的調(diào)節(jié)器的增益。
為了保持準(zhǔn)確度,將一個(gè)旁路電容器(Cpass)并聯(lián)添加到20Ω的電阻器。這個(gè)20Ω的電阻器和Cpass形成了一個(gè)高通濾波器。轉(zhuǎn)角頻率設(shè)置得比轉(zhuǎn)換器開關(guān)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(yùn)行期間基本相似。
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對于開關(guān)頻率為500kHz的轉(zhuǎn)換器,筆者用0.22μF的電容器。對大多數(shù)應(yīng)用來說,適當(dāng)?shù)腃pass值范圍:0.1μF至0.47μF。為盡量減少對系統(tǒng)的影響,DCR注入電容器(Cp)應(yīng)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(shè)置的波特圖測量結(jié)果。Cpass = 0.22μF,CP = 22nF。通過調(diào)節(jié)Rp和Cff,交叉頻率被設(shè)定為開關(guān)頻率的六分之一,相位裕度為66度。筆者進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)所用的參考設(shè)計(jì):為Altera公司Arria V FPGA中的電軌供電的步降型轉(zhuǎn)換器(PMP8824)。
圖4:用推薦的TPS53319(帶DCR注入電容器,Vout = 1.2V)的測試設(shè)置測量的波特圖
圖5展示了負(fù)載逐步升壓和逐步降壓時(shí)的相應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)。筆者還用PMP8824進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)。
大?。╠B)
相位(度)
頻率(KHz)
圖5:TPS53319(Vout=1.2V)的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)
對DCAP2和DCAP3控制系統(tǒng)而言,DCR注入電路被集成在硅芯片內(nèi)部。相同的技術(shù)均適用。圖6展示了DCAP2和DCAP3調(diào)節(jié)器的環(huán)路波特圖測試設(shè)置。
圖6:正確的DCAP2和DCAP3調(diào)節(jié)器控制環(huán)路波特圖測量設(shè)置
相位
DCR注入與調(diào)制器
GND
對DCAP或DCAP2/DCAP3調(diào)節(jié)器而言,波特圖是可測量的??山柚郧坝懻撝兴峁┑募夹g(shù)測量波特圖,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性并用于優(yōu)化瞬態(tài)性能的指南。
其它資源:
●AN-1889:如何測量電源的環(huán)路傳遞函數(shù)
●TPS53318:具有Eco-Mode™的高效8A或14A同步降壓型轉(zhuǎn)換器
●TPS53355:具有Eco-Mode™的1.5V至15V輸入(4.5V至25V偏置)、30A同步步降型SWIFT™轉(zhuǎn)換器
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