優(yōu)化電源轉換器控制回路的三種方案

問(wèn)題：選擇電源轉換器的外部元件有什么簡(jiǎn)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。電源設計旨在優(yōu)化控制回路，以便在輸入電壓或負載瞬變出現波動(dòng)時(shí)，最大限度地減少控制輸出電壓與設定值之間的偏差。這里的一個(gè)重要關(guān)系是輸出電容的大小與開(kāi)關(guān)穩壓器IC的響應速度的關(guān)系。如果回路響應特別快，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。因此，優(yōu)化開(kāi)關(guān)穩壓器的響應速度可降低系統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。

大多數開(kāi)關(guān)穩壓器IC都有一個(gè)補償引腳，通常稱(chēng)為ITH或VC，用于控制回路調整。通過(guò)巧妙選擇電容和電阻，可在控制回路的轉換功能中增加極點(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)  使用數據手冊中的數據手動(dòng)計算：

第一種方法是使用開(kāi)關(guān)穩壓器IC的數據手冊中的計算公式?？紤]一個(gè)選定的功率級，提出了穩定化概念。圖1顯示了LTC3311 IC及相應的ITH引腳和適當的補償元件。

圖1 LTC3311開(kāi)關(guān)穩壓器IC有一個(gè)ITH引腳用于調整控制回路速度和穩定性

圖2 使用LTPowerCAD選擇補償元件和優(yōu)化控制回路

2)  使用設計工具：

找到合適傳遞函數設置的第二種方法是使用LTPowerCAD?等設計工具來(lái)計算外部元件。該方法提供了對控制回路響應的額外洞察。圖2顯示了LTPowerCAD用戶(hù)界面，控制回路以波特圖的形式表示，另外還顯示了時(shí)域中輸出電壓對負載瞬變的響應。ITH設置值可以方便地改變，利用這種方法可以找到最優(yōu)設置。

歌德說(shuō)過(guò)：“所有理論都是灰色的?！痹趯?shí)踐中，從開(kāi)發(fā)轉到批量生產(chǎn)之前，還應考慮并檢查寄生元件。已選擇的補償元件連接到ITH引腳，執行負載瞬態(tài)測試以檢查VOUT的電壓變化是否在允許范圍內，電壓轉換器是否穩定地工作。

此硬件測試僅檢查一個(gè)用于補償的設置選項。但是，可以通過(guò)參數微調以?xún)?yōu)化該設置。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。

圖3 利用ADI公司的LB013A板優(yōu)化補償元件

3)優(yōu)雅的方法——使用預配置的RC網(wǎng)絡(luò )：

圖3顯示了第三種解決問(wèn)題的方法——使用預配置的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)現了簡(jiǎn)單的可切換和可調整RC網(wǎng)絡(luò )?？傠娙莺碗娮柚悼梢酝ㄟ^(guò)驅動(dòng)小型開(kāi)關(guān)和旋轉電位計來(lái)改變。無(wú)需費力地焊接補償模塊，補償設置可以在負載瞬態(tài)測試期間實(shí)時(shí)優(yōu)化。LB013A之類(lèi)的電路板很容易制造，但也可以從ADI公司購買(mǎi)。

利用這三種優(yōu)化開(kāi)關(guān)穩壓器補償的方法，可以補償任何電源。

作者簡(jiǎn)介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔任各種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑A(yíng)DI公司擔任電源管理現場(chǎng)應用工程師。聯(lián)系方式：frederik.dostal@analog.com。