如何用DCAP調節(jié)器測量波特圖

Other Parts Discussed in Post： PMP8824， TPS53319， TPS53318， TPS53355

作者：Melinda Xie

控制環(huán)路增益可在波特圖（Bode Plot）中標繪，是一個能夠較好評估系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標?？刂骗h(huán)路帶寬還可直接影響瞬態(tài)響應性能。

DCAP?或DCAP2?/DCAP3?調節(jié)器（在這次討論中筆者將稱之為DCAPx）因其簡單性而流行。當涉及到控制環(huán)路增益的測量時，DCAPx給工程師帶來了挑戰(zhàn)。通過從反饋電阻器分壓器的頂部切斷環(huán)路（如圖1所示），很容易測量波特圖。這適合傳統(tǒng)控制架構，因為傳統(tǒng)架構只有一條輸出反饋路徑，且反饋在脈寬調制（PWM）之前經過補償器。

圖1：傳統(tǒng)控制環(huán)路增益設置

與傳統(tǒng)電壓模式或電流模式控制架構不同的是，DCAPx控制系統(tǒng)擁有兩條直接輸出反饋路徑：一條通過反饋電阻器分壓器網絡，另一條則通過直流電阻（DCR）注入電路，如圖2所示。DCAPx控制系統(tǒng)并無傳統(tǒng)II型或III型補償器那樣的大直流電（DC）流增益誤差放大器。在FB引腳處調制PWM脈沖。FB引腳通常是傳統(tǒng)控制架構的誤差放大器負輸入端。對于DCAP、DCAP2、DCAP3，它是PWM比較器的一個輸入端。

圖2：具有DCR注入電路的DCAP調節(jié)器方框圖

如果舍棄一條反饋路徑的測量輸出值，那么用圖1所示設置測量的波特圖不直接與瞬態(tài)響應相關聯(lián)。因此要正確測量環(huán)路增益波特圖，環(huán)路切斷點應包括兩條反饋路徑，如圖3所示。

圖3：正確的DCAP調節(jié)器控制環(huán)路波特圖測量設置

對DCAPx調節(jié)器而言，確定PWM調制增益的是由DCR注入網絡和輸出電容器等效串聯(lián)電阻（ESR）在FB引腳處形成的三角波形的下降斜率。沿擾動注入線纜的寄生電感和電阻以及耦合至導線的噪聲將篡改FB引腳處的三角波形，從而使PWM調制增益不同于無測試設置的調節(jié)器的增益。

為了保持準確度，將一個旁路電容器（Cpass）并聯(lián)添加到20Ω的電阻器。這個20Ω的電阻器和Cpass形成了一個高通濾波器。轉角頻率設置得比轉換器開關頻率的一半還低，以便FB引腳處的三角波形在測試過程中與在正常運行期間基本相似。

對于開關頻率為500kHz的轉換器，筆者用0.22μF的電容器。對大多數(shù)應用來說，適當?shù)腃pass值范圍：0.1μF至0.47μF。為盡量減少對系統(tǒng)的影響，DCR注入電容器（Cp）應比Cpass的十分之一還小，如圖3所示。

圖4展示了采用圖3所示測試設置的波特圖測量結果。Cpass = 0.22μF，CP = 22nF。通過調節(jié)Rp和Cff，交叉頻率被設定為開關頻率的六分之一，相位裕度為66度。筆者進行這些實驗所用的參考設計：為Altera公司Arria V FPGA中的電軌供電的步降型轉換器（PMP8824）。

圖4：用推薦的TPS53319（帶DCR注入電容器，Vout = 1.2V）的測試設置測量的波特圖

圖5展示了負載逐步升壓和逐步降壓時的相應瞬態(tài)響應。筆者還用PMP8824進行這些實驗。

圖5：TPS53319（Vout=1.2V）的負載瞬態(tài)響應

對DCAP2和DCAP3控制系統(tǒng)而言，DCR注入電路被集成在硅芯片內部。相同的技術均適用。圖6展示了DCAP2和DCAP3調節(jié)器的環(huán)路波特圖測試設置。

圖6：正確的DCAP2和DCAP3調節(jié)器控制環(huán)路波特圖測量設置

對DCAP或DCAP2/DCAP3調節(jié)器而言，波特圖是可測量的?？山柚郧坝懻撝兴峁┑募夹g測量波特圖，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性并用于優(yōu)化瞬態(tài)性能的指南。

編輯：jq