改善動態(tài)環(huán)路響應——技術(shù)分析

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)的速度應盡可能快,以響應動態(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)。

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

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。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)

非線性增益/響應函數(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,以在差異甚大的各種情形下實施補償。

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

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通常會出現(xiàn)過沖。當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)置的標稱輸出電壓為12 V?？烧{(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。可以使用數(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。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業(yè)。他于2001年開始工作,涉足電源管理業(yè)務,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,負責開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司,并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現(xiàn)場應用工程師。