ADI ——揭秘DC-DC转换器设计：环路补偿如何影响你的电源稳定性

　　环路赔偿是设想DC-DC转换器的关头步调。假如使用中的负载拥有较高的静态局限，设想职员可能会发明转换器再也不能稳固的事情，输入电压也再也不安稳，这是因为操纵环路稳定性或带宽带带来的影响。懂得环路赔偿理论有助于设想职员处置典范的板级电源使用题目。 　　操纵体系理论简介 　　在自然界中，操纵体系无处不在。空调操纵室内温度，驾驶员操纵汽车行驶的偏向，操纵煮饺子时的水温，诸如此类。操纵是指对出产过程当中的一台设置装备摆设或一个物理量举行操纵，使一个变量坚持恒定或沿预设轨迹活动的静态进程。平日，自然界中的体系黑白线性的，但宏观进程能够被视为线性体系。在半导体畛域，咱们将微电子学视为一个线性体系。 　　可完成主动操纵的体系是闭环体系，反之则是开环体系。开环体系的特点是体系的输入旌旗灯号不影响输出旌旗灯号。就像在图1中，G(s)是体系在复频域的通报函数。

　　图1. 开环体系

　　VI是输出旌旗灯号，VO是复频域的输入旌旗灯号。图2中的闭环体系拥有从输出到输出的反馈门路，体系的输出节点将是输出旌旗灯号和反馈旌旗灯号之差。

　 　　图2. 闭环体系

　　当控制器迭代直到输出旌旗灯号即是反馈旌旗灯号时，控制器达到稳态。应用数学要领能够失掉如下闭环体系方程：

　　而后简化方程以下：

　　其分母相位（式4）既是开环转换函数（也称为环路增益），其增益幅度注解反馈的强度，其带宽是闭环体系的可控带宽。当然，其相移也会叠加。应当晓得，假如环路增益大于0 dB，同时相移为180°，则操纵环路将以正反馈事情并构成一个振荡器。这是稳定性设想的一个关头。设想职员应确保相位裕量和增益裕量在平安范围内，不然全部体系环路将开始自振荡。 　　通用降压DC-DC转换器拓扑

　　接下来先容降压DC-DC转换器的拓扑布局和操纵环路。

　　图3. 降压DC-DC模块

　　图3表现了典范降压转换器原理图，其简化为一个交换小旌旗灯号电路。它包孕三级：斩波调制器、输入LC滤波器和赔偿网络，每一级都有本人的转换函数，这三级组成全部操纵环路。比拟器和半桥组成斩波调制器，比拟器输出旌旗灯号来自振荡器和赔偿网络。赔偿网络在闭环反馈门路中完成。调制器的交换小旌旗灯号增益为

　

　　此中VPP为振荡器三角波的峰峰值电压。VCC为半桥的输出功率。在操纵理论中，小旌旗灯号增益既是转换函数。能够看到，调制器没有相移，惟独幅度增益。LC滤波器转换函数为

　　此中L和C分别为电感和电容。这是一种现实状况。平日，电路中存在寄生参数，如图4所示。

　 　　图4. 拥有寄生参数的LC滤波器

　　DCR是电感L的直流等效电阻。ESR是输入电容的等效串连电阻。是以，LC滤波器的转换函数为

　　

　 　　图5. II赔偿拓扑

　　降压DC-DC模块展示了II赔偿网络这类赔偿电路供应一个零点和两个顶点。

　　

　　图6.赔偿拓扑

　　I型只是一个积分节点，它是一个最小相位体系，III型转换函数类似于II型。

　　图7. III赔偿拓扑

　 　　图8. 带OTA的II赔偿拓扑

　　调制器和LC滤波器的转换函数无奈随意马虎转变咱们只能变动赔偿网络。 　　以II型拓扑为例。II型转换函数有两个顶点和一个零点以下所示。 　　Fz = 1/RzCz; 　　Fp1 = 0; 　　Fp2 = R1(Cz + Cp)/R1RzCpCz;

　　图10. MAX25206典范原理图

　 　　图11. MAX25206 AC环路仿真 　　除了分歧范例的DC-DC拓扑另有接纳分歧计划操纵环路。与DC-DC转换器同样，MAX20090 LED控制器由电流操纵环路构成。转换器检测输入电流，并将其反馈操纵环路以达到预期值。另一个例子是MAX25206降压控制器拥有限定峰值均匀电流性能。该器件检测输入电压均匀电流并反馈返来。它是一款双闭环控制器平日，电流操纵环路在内环，电压操纵环路在外环。电流环路的带宽呼应速率）大于电压环路的带宽是以它能完成限流。第三个例子是MAX1978温度控制器包括一个驱动热电冷却器(TEC分歧电流偏向抉择TEC是加热仍是冷却模式。反馈旌旗灯号便是TEC的温度这类操纵环路会迫使输入TEC的温度达到预期温度。