比較 D-CAP3? 控制模式下的波特圖

轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性是任何同步降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的主要要求。確認(rèn)轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性需要我們導(dǎo)出小信號傳遞函數(shù)并測量閉環(huán)系統(tǒng)的波特圖?？梢允褂脧?fù)雜的數(shù)學(xué)方程嚴(yán)格推導(dǎo)出小信號傳遞函數(shù)；就理解穩(wěn)定性要求的性質(zhì)而言，結(jié)果可能非常有見地。但是，推導(dǎo)小信號傳遞函數(shù)超出了本文的范圍。

在沒有理論分析的情況下，我們可以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測量波特圖并確認(rèn)我們的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。如果操作得當(dāng)，波特圖結(jié)果可能是一種非常有用的快速方法，可幫助我們衡量轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。

D-CAP 代表“直接跨越輸出電容器”。TI 推出了一系列 D-CAP TM開關(guān)模式電源，該電源包含外部 RCC 網(wǎng)絡(luò)（R RAMP、C RAMP1和 C RAMP2）或內(nèi)部紋波注入電路（例如 D-CAP3），從而更易于設(shè)計(jì)-陶瓷輸出電容器配置（圖 1）。在這篇文章中，我將比較基于不同設(shè)置方法的 D-CAP3? 波特圖測量結(jié)果，包括紋波注入幅度和小信號注入幅度。為了獲得可靠且有意義的波特圖結(jié)果，我們必須執(zhí)行一些初步步驟。

圖 1：帶有 RCC 網(wǎng)絡(luò)同步降壓轉(zhuǎn)換器的 D-CAP IC

圖 2 顯示了網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)備的兩種設(shè)置方法：交流注入的輸入端（圖 2a 中的V A）和輸出端（圖 2b 中的V B）處的 VO 引腳。這VO銷是相同的信號作為V ó圖1中的網(wǎng)絡(luò)RCC從Bode曲線圖的相位裕量測試定理的，交叉頻率定義為當(dāng)轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益的頻率處于0dB或統(tǒng)一。在此交叉頻率下，轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益的相位裕度必須為正，且至少高于 45 度，以減少負(fù)載瞬態(tài)階躍期間的輸出電壓振鈴。

圖 3 中的結(jié)果顯示了兩種設(shè)置方法之間的最小差異。但是，通過使用圖 2a 中的結(jié)果，我們可以確定轉(zhuǎn)換器的電感器和輸出電容器值的諧振頻率位置。結(jié)果來自 TPS548B22 評估板，其中 V IN =12V、V OUT =1V、F SW = 650kHz、L = 330nH、C OUT = 2 x 470μF + 7 x 100μF 和 I LOAD = 10A 電阻負(fù)載。

圖 2：TPS548B22 評估模塊 EVM 上V A (a) 和 V B (b)處VO 引腳的波特圖設(shè)置

圖 3：圖 2 所示設(shè)置的波特圖結(jié)果

我們可能會問 RCC 網(wǎng)絡(luò)的大小如何影響 Bode 圖結(jié)果。由于這種拓?fù)涞脑肼暶舾行裕?a href="/tags/控制" target="_blank">控制器需要一個(gè)最小斜坡幅度，以確保轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)定狀態(tài)下正確運(yùn)行，同時(shí)提供最佳負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。圖 4 顯示了 RCC 網(wǎng)絡(luò)的 6mV 和 12mV 斜坡幅度之間的比較結(jié)果。12mV 斜坡的交叉頻率約為 29kHz，相位裕度為 95 度。6mV 斜坡的交叉頻率約為 102kHz，相位裕度為 117 度。

圖 4：波特圖與 TPS548B22 EVM 上不同斜坡值的比較

從圖 4 中可以看出，RCC 斜坡幅度會影響交叉頻率和相位裕度。

在 D-CAP 3 控制模式下進(jìn)行波特圖測量時(shí)，我們可能會遇到的另一個(gè)問題是測量時(shí)交流注入幅度范圍需要是什么——并且必須是一個(gè)不會影響轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益結(jié)果的范圍。圖 5 顯示了 2.5mV 和 10mV 交流注入信號的比較結(jié)果。一個(gè)好的推薦值是將此交流注入幅度保持在 10mV 或更小。

圖 5：波特圖與不同交流注入幅度的比較

為了獲得良好的波特圖結(jié)果，我們必須注意設(shè)置并采取一些預(yù)防措施以減少測量中的錯(cuò)誤。一些基本建議是：

· 在進(jìn)行測量之前，校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀或進(jìn)行 0dB 測量，以確保在感興趣的頻率范圍內(nèi)平坦增益和零相位。

· 使用控制器的模擬地作為波德圖探針的參考。請參見圖 6 中的示例比較。

· 使探頭遠(yuǎn)離電感器，以避免將電感器磁場信號耦合到交流注入幅度上。

· 如果可能，請?jiān)谪?fù)載連接處使用電阻功耗，而不是電子電流源模式。

圖 6：具有不同接地探針連接位置的客戶板上的波特圖比較

波特圖測量結(jié)果使我們能夠快速衡量轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性，而不是推導(dǎo)出轉(zhuǎn)換器的小信號傳遞函數(shù)。在 D-CAP3 控制模式設(shè)置中，無論 VO 引腳位于交流注入的輸入位置還是輸出位置，相位裕度測試定理都會給出相同的結(jié)果。要獲得值得信賴的波德圖結(jié)果，讓我們對系統(tǒng)充滿信心，請采取一些預(yù)防性設(shè)置步驟以最大程度地減少錯(cuò)誤。