調(diào)節(jié)器控制環(huán)路波特圖測量設(shè)置及方案

控制環(huán)路增益可在波特圖(Bode Plot)中標(biāo)繪，是一個能夠較好評估系統(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(在這次討論中筆者將稱之為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，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)，因為傳統(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)過補償器。

圖1：傳統(tǒng)控制環(huán)路增益設(shè)置

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比較器的一個輸入端。

圖2：具有DCR注入電路的DCAP調(diào)節(jié)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(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

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。沿擾動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，將一個旁路電容器(Cpass)并聯(lián)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(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行期間基本相似。

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。筆者進行這些實驗所用的參考設(shè)計：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的相應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)。筆者還用PMP8824進行這些實驗。

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

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。