改善動態(tài)環(huán)路響應(yīng)

DC-DC轉(zhuǎn)換器通過反饋控制系統(tǒng)，將不斷變化的輸入電壓轉(zhuǎn)換為（通常）固定的輸出電壓。反饋控制系統(tǒng)應(yīng)盡量保持穩(wěn)定，以避免出現(xiàn)振蕩，或者發(fā)生最糟糕的情況：輸出未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓?？刂葡到y(tǒng)的速度應(yīng)盡可能快，以響應(yīng)動態(tài)變化（例如快速的輸入電壓變化或輸出端的負載瞬態(tài)），并最大程度降低經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓之間的壓差。要表現(xiàn)控制環(huán)路的行為，可以使用典型的波特圖來顯示隨頻率變化的相移和環(huán)路增益。此控制環(huán)路可以使用模擬或數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)。

有些數(shù)字電源提供控制環(huán)路優(yōu)化，可以極快地對動態(tài)影像做出響應(yīng)。圖1顯示帶 ADP1055 控制器IC的電路示例，該電路已經(jīng)受數(shù)字控制環(huán)路優(yōu)化。數(shù)字控制器為設(shè)計人員提供諸多控制功能，有些甚至能在操作期間實施動態(tài)控制。圖2顯示可通過ADP1055評估軟件控制的ADP1055的各種功能。

圖1 全橋應(yīng)用中的ADP1055數(shù)字開關(guān)穩(wěn)壓器

非線性增益/響應(yīng)函數(shù)提供了一項與控制環(huán)路相關(guān)的極為有趣的設(shè)置選項，該設(shè)置通過濾波器按鈕訪問。非線性增益/響應(yīng)支持對控制環(huán)路實施動態(tài)調(diào)節(jié)，例如，在負載瞬變之后。電源在經(jīng)歷很大的負載瞬變之后，其輸出電壓通常會高于或低于理想的整流電壓值。在僅采用模擬器件的控制環(huán)路中，控制環(huán)路和電源功率級中的組件被用于最大程度降低電壓在大部分可預(yù)期情況下的波動。動態(tài)可調(diào)節(jié)控制環(huán)路（例如ADI公司的ADP1055中的環(huán)路）的優(yōu)勢在于：可以立即調(diào)節(jié)環(huán)路的響應(yīng)，以在差異甚大的各種情形下實施補償。

圖2 數(shù)字電源使得設(shè)計人員能夠通過圖形用戶界面，輕松管控電源參數(shù)

圖3顯示控制此函數(shù)的界面。圖中用藍色表示輸出電壓在經(jīng)歷由高至低的負載瞬變后的典型行為?？梢钥闯?，穩(wěn)壓器輸出端的電壓響應(yīng)通常會出現(xiàn)過沖。當(dāng)輸出電壓超過某些閾值時，可以通過簡單增加控制環(huán)路增益來最大程度降低過沖。

在圖3的示例中，設(shè)置的標(biāo)稱輸出電壓為12 V。可調(diào)控制環(huán)路增益可以設(shè)置為多個值，具體由輸出電壓決定。例如，如果因為誤差放大器的增益增加，使得電壓升高至12.12 V以上，則可以在對應(yīng)的下拉菜單中設(shè)置控制環(huán)路。還有三個其他的電壓閾值高于12.12 V，可以使用獨立的增益設(shè)置。注意，這些增益設(shè)置與在設(shè)計穩(wěn)壓環(huán)路時設(shè)置的極點和零完全無關(guān)。

通過可調(diào)、基于電壓的增益設(shè)置可以查找更快響應(yīng)電壓過沖的控制環(huán)路設(shè)置，由此優(yōu)化輸出電壓反饋控制的質(zhì)量。注意，正常工作時，經(jīng)優(yōu)化的控制環(huán)路特性不會受到影響?？梢允褂脭?shù)字控制器（例如ADI公司的ADP1055）在特定條件下（例如在經(jīng)歷負載瞬變之后）動態(tài)調(diào)節(jié)控制環(huán)路，但在使用傳統(tǒng)的模擬控制環(huán)路時，則很難實施。

圖3 根據(jù)輸出電壓狀態(tài)設(shè)置控制環(huán)路增益

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。