優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換器控制回路三種方案

幾乎每個電源都有一個控制回路，以確保輸出電壓為恒定值。電源設(shè)計旨在優(yōu)化控制回路，以便在輸入電壓或負載瞬變出現(xiàn)波動時，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，因為可以使用較小的輸出電容。

大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器IC都有一個補償引腳，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)換功能中增加極點和零點，以確保最優(yōu)動態(tài)性能和較高控制回路穩(wěn)定性。但是，如何選擇這些補償元件？

對此有三種方法可以使用。

1）使用數(shù)據(jù)手冊中的數(shù)據(jù)手動計算

第一種方法是使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC的數(shù)據(jù)手冊中的計算公式?？紤]一個選定的功率級，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償元件。

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

2）使用設(shè)計工具

找到合適的轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)置的第二種方法是使用LTPowerCAD?等設(shè)計工具來計算外部元件。該方法提供了對控制回路響應(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，另外還顯示了時域中輸出電壓對負載瞬變的響應(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。

圖2.使用LTPowerCAD選擇補償元件和優(yōu)化控制回路

歌德說過："所有理論都是灰色的。"在實踐中，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。已選擇的補償元件連接到ITH引腳，執(zhí)行負載瞬態(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用于補償?shù)脑O(shè)置選項。但是，可以利用稍微修改的值優(yōu)化該設(shè)置。為此，必須在硬件上完成所有焊接工作，因為必須將外部元件更改為新值以查找最優(yōu)補償元件組合。

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 的 LB013A 板是一個小型電路板，其上實現(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)動小型開關(guān)和旋轉(zhuǎn)電位計來改變。無需費力地焊接補償模塊，補償設(shè)置可以在負載瞬態(tài)測試期間實時優(yōu)化。LB013A之類的電路板很容易制造，但也可以從ADI購買。

圖3.利用ADI公司的LB013A板優(yōu)化補償元件

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

ADI 的單芯片降壓/升壓同步DC/DC轉(zhuǎn)換器提供高電流輸出，可使用各種電源供電，包括單節(jié)或多節(jié)電池、超級電容堆棧和壁式適配器。專有4開關(guān)PWM降壓-升壓拓撲可在所有工作模式中進行低噪聲、無抖動切換，因而非常適合對電源噪聲敏感的RF和精密模擬應(yīng)用。

通過其獨特的內(nèi)部四MOSFET開關(guān)組合，可以通過100%壓差工作模式從降壓模式無縫轉(zhuǎn)換到升壓模式，即使輸入電壓在輸出電壓上下波動時，也能實現(xiàn)固定輸出電壓。有些器件采用并聯(lián)方式以提供更高的功率，或包括自動最大功率點跟蹤(MPPT)，以支持太陽能電池充電和MPPT控制功能。