優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換器控制回路的三種方案

問題：選擇電源轉(zhuǎn)換器的外部元件有什么簡單辦法嗎？

答案：有三種方法。

幾乎每個(gè)電源都有一個(gè)控制回路，以確保輸出電壓為恒定值。電源設(shè)計(jì)旨在優(yōu)化控制回路，以便在輸入電壓或負(fù)載瞬變出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，最大限度地減少控制輸出電壓與設(shè)定值之間的偏差。這里的一個(gè)重要關(guān)系是輸出電容的大小與開關(guān)穩(wěn)壓器IC的響應(yīng)速度的關(guān)系。如果回路響應(yīng)特別快，則可以使用較小的輸出電容，同時(shí)將輸出電壓保持在允許范圍內(nèi)。因此，優(yōu)化開關(guān)穩(wěn)壓器的響應(yīng)速度可降低系統(tǒng)成本并減少電路的空間需求，因?yàn)榭梢允褂幂^小的輸出電容。

大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器IC都有一個(gè)補(bǔ)償引腳，通常稱為ITH或VC，用于控制回路調(diào)整。通過巧妙選擇電容和電阻，可在控制回路的轉(zhuǎn)換功能中增加極點(diǎn)和零點(diǎn)，以確保最優(yōu)動(dòng)態(tài)性能和較高控制回路穩(wěn)定性。但是，如何選擇這些補(bǔ)償元件？

對(duì)此有三種方法可以使用。

1)  使用數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)手動(dòng)計(jì)算：

第一種方法是使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC的數(shù)據(jù)手冊(cè)中的計(jì)算公式。考慮一個(gè)選定的功率級(jí)，提出了穩(wěn)定化概念。圖1顯示了LTC3311 IC及相應(yīng)的ITH引腳和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償元件。

圖1 LTC3311開關(guān)穩(wěn)壓器IC有一個(gè)ITH引腳用于調(diào)整控制回路速度和穩(wěn)定性

圖2 使用LTPowerCAD選擇補(bǔ)償元件和優(yōu)化控制回路

2)  使用設(shè)計(jì)工具：

找到合適傳遞函數(shù)設(shè)置的第二種方法是使用LTPowerCAD?等設(shè)計(jì)工具來計(jì)算外部元件。該方法提供了對(duì)控制回路響應(yīng)的額外洞察。圖2顯示了LTPowerCAD用戶界面，控制回路以波特圖的形式表示，另外還顯示了時(shí)域中輸出電壓對(duì)負(fù)載瞬變的響應(yīng)。ITH設(shè)置值可以方便地改變，利用這種方法可以找到最優(yōu)設(shè)置。

歌德說過：“所有理論都是灰色的。”在實(shí)踐中，從開發(fā)轉(zhuǎn)到批量生產(chǎn)之前，還應(yīng)考慮并檢查寄生元件。已選擇的補(bǔ)償元件連接到ITH引腳，執(zhí)行負(fù)載瞬態(tài)測試以檢查VOUT的電壓變化是否在允許范圍內(nèi)，電壓轉(zhuǎn)換器是否穩(wěn)定地工作。

此硬件測試僅檢查一個(gè)用于補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置選項(xiàng)。但是，可以通過參數(shù)微調(diào)以優(yōu)化該設(shè)置。為此，必須在硬件上完成所有焊接工作，因?yàn)楸仨殞⑼獠吭臑樾轮狄圆檎易顑?yōu)補(bǔ)償元件組合。

圖3 利用ADI公司的LB013A板優(yōu)化補(bǔ)償元件

3)優(yōu)雅的方法——使用預(yù)配置的RC網(wǎng)絡(luò)：

圖3顯示了第三種解決問題的方法——使用預(yù)配置的RC網(wǎng)絡(luò)，這種方法很優(yōu)雅。ADI公司的LB013A板是一個(gè)小型電路板，其上實(shí)現(xiàn)了簡單的可切換和可調(diào)整RC網(wǎng)絡(luò)。總電容和電阻值可以通過驅(qū)動(dòng)小型開關(guān)和旋轉(zhuǎn)電位計(jì)來改變。無需費(fèi)力地焊接補(bǔ)償模塊，補(bǔ)償設(shè)置可以在負(fù)載瞬態(tài)測試期間實(shí)時(shí)優(yōu)化。LB013A之類的電路板很容易制造，但也可以從ADI公司購買。

利用這三種優(yōu)化開關(guān)穩(wěn)壓器補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以補(bǔ)償任何電源。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔(dān)任電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師。聯(lián)系方式：frederik.dostal@analog.com。