TurboTrans? 技術(shù)：使用一個(gè)電阻可顯著提高瞬態(tài)性能并減小電源尺寸的解決方案

1、前言

不斷發(fā)展的技術(shù)需要更小、模塊化、性能驅(qū)動的解決方案。電源模塊有助于縮小解決方案尺寸和電路板空間要求，但會降低設(shè)計(jì)靈活性。雖然電源模塊減小了解決方案的尺寸，但還進(jìn)一步推動了改進(jìn)瞬態(tài)響應(yīng)。許多較新的DC/DC穩(wěn)壓器和電源模塊將環(huán)路補(bǔ)償內(nèi)部化或具有不需要環(huán)路補(bǔ)償?shù)牟僮骷軜?gòu)，因此非常易于使用。但在某些情況下，這可能會降低我們微調(diào)設(shè)計(jì)性能的能力。

2.準(zhǔn)確解決瞬態(tài)響應(yīng)快的問題

隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，處理器需要更嚴(yán)格的電壓精度和更低的內(nèi)核電壓。表 1 是來自現(xiàn)場可編程門陣列 ( FPGA ) 數(shù)據(jù)表的圖表，說明 V CCINT軌的推薦工作條件為1V，正負(fù) 30mV。建議保持在這 3% 的范圍內(nèi)，因?yàn)樘幚砥骺赡軙诖穗妷捍翱谥庖馔膺\(yùn)行。因此，我們可能必須增加 DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出端的電容，以滿足負(fù)載變化期間 3% 的范圍。

表 1：現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 的推薦工作條件

雖然允許小電容增量，但較大的量可能會對模塊的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。為了優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，設(shè)計(jì)人員通常添加一個(gè)與上部反饋電阻并聯(lián)的前饋電容器 (C FF )，如圖 1 所示。在頻域中，C FF 的添加會產(chǎn)生一個(gè)零，從而增加帶寬并改善瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

圖 1：帶有前饋電容器 C FF 的反饋分壓器

不幸的是，這個(gè)解決方案也不是完美的。雖然 C FF創(chuàng)建了一個(gè)零以幫助增加帶寬，但它也創(chuàng)建了一個(gè)后續(xù)極點(diǎn)，作為 C FF和反饋電阻并聯(lián)組合的乘積。這個(gè)極點(diǎn)可以抵消C FF的零帶來的好處。由于C FF 加了一個(gè)零和一個(gè)極點(diǎn)，頻率上可能相距不太遠(yuǎn)，因此C FF的選擇和計(jì)算變得棘手。正確的 C FF值將有助于這種情況，而錯(cuò)誤的 C FF值不會帶來任何改善，只會成為物料清單 (BOM) 的無用補(bǔ)充。

3.一個(gè)電阻如何提高性能

TurboTrans? 技術(shù)（如圖 2 所示）通過僅添加一個(gè)電阻器 (R TT ) 來改善環(huán)路響應(yīng)。添加 R TT電阻器使我們能夠使用模塊外部的電阻器輕松優(yōu)化反饋回路。通過調(diào)整 TurboTrans 電阻器，我們可以根據(jù)需要優(yōu)化補(bǔ)償級的零和中頻帶增益 (A VM )。沒有像使用 R TT電阻器產(chǎn)生的 C FF極點(diǎn)那樣的副作用。

圖 2：采用 TurboTrans 技術(shù)的電源模塊

R TT電阻器只不過是 Type II 補(bǔ)償方案中的附加串聯(lián)電阻器。這個(gè)額外的 R TT電阻器不需要深入了解環(huán)路補(bǔ)償技術(shù)，因?yàn)榕c任何其他電源模塊一樣，數(shù)據(jù)表將提供一個(gè)公式來計(jì)算正確的值。我們的計(jì)算將僅取決于總輸出電容的數(shù)量。R TT將補(bǔ)償輸出端的任何額外電容，并且負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)將保持出色。

4.TurboTrans 在行動

讓我們使用 TI 的TPSM84824 來展示 TurboTrans 技術(shù)如何幫助實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)。為了滿足 3% 的范圍（回想一下表 1），在沒有 TurboTrans 技術(shù)的情況下，你唯一能做的就是增加輸出電容。正如我們在圖 4 和表 2 中所見，電容增量對電壓降幾乎沒有影響。這是因?yàn)殡S著輸出電容的增加，穩(wěn)壓器的整體帶寬會顯著降低（如圖 3 所示）。這會使環(huán)路變慢，并增加對負(fù)載瞬變做出反應(yīng)所需的時(shí)間。因此，即使輸出電容值較大，電源模塊仍無法維持低于 30mV 的壓降。

圖 3：不同輸出電容下的增益曲線

圖 4：具有不同輸出電容的瞬態(tài)響應(yīng)

表 2：不同輸出電容下的壓降

如果我們使用 TurboTrans 功能，情況會有所改善。通過調(diào)整 TurboTrans 電阻，我們可以輕松獲得 17.4mV 的壓降，如圖 5 所示。

圖 5：TurboTrans 技術(shù)的瞬態(tài)響應(yīng)

5.結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TurboTrans 技術(shù)使我們能夠顯著提高電源模塊的性能，同時(shí)可能降低輸出的整體電容。這不僅提高了應(yīng)用程序的性能，而且還降低了系統(tǒng)成本和尺寸。