調(diào)整車載DC/DC轉(zhuǎn)換器環(huán)路特性的重要性和注意點

初級車載 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的環(huán)路特性

環(huán)路特性，即內(nèi)部誤差放大器的相位裕量和增益裕量，是使 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在一定規(guī)格內(nèi)獲得穩(wěn)定工作的重要因素之一。由于相位裕量和增益裕量的概念和計算公式取決于電路中使用的外圍元件和規(guī)格，因此如果存在變化較大的元件，則需要進行相應(yīng)的調(diào)整，特別是 +B 需要較寬的電壓范圍，并且直接連接的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器由于與外圍元件糾纏而需要仔細調(diào)整。本文以 12V 的車用鉛電池 (以下簡稱 +B) 為電源，解說關(guān)于 DC/DC 初級側(cè)的相位余量調(diào)整的注意點，并利用以下兩種電源仿真進行比較：

使用 AC 適配器 (12V 輸出) 作為電源的應(yīng)用

例如在使用交流適配器 (12VDC 輸出) 作為電源的應(yīng)用中，在設(shè)計時通常需要注意大約 ±10% 的輸入電壓變化。

+B 供電的應(yīng)用程序

在大多數(shù)情況下，9Vin~16Vin 被認為是 +B 最初的設(shè)計值，此外還必須考慮冷啟動因素，在低于 9Vin 的電壓下預(yù)計需要穩(wěn)定工作 (例如 IC 端電壓為 5V)。

使用 LTPowerCAD 進行仿真

接下來用 LTpowerCAD 模擬相位裕量和增益裕量。定數(shù) ? LTC7803：12Vin/3.3Vout、Iout=20A、Fsw=500KHz、Ith：R3=10KΩ、C8=560pF、C4=22pF

圖1 LTC7803 仿真電路圖

由交流適配器供電應(yīng)用結(jié)果 (12V 輸出)

圖2 假設(shè)使用交流適配器的波特圖 (12Vin±10%)

表1 使用交流適配器時的仿真結(jié)果 (12Vin±10%)

+B 供電的應(yīng)用結(jié)果

圖3 假設(shè)有冷啟動 (5Vin~16V) 下 +B 的波特圖

表2 假設(shè)有冷啟動 (5Vin~16V) 下 +B 的仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的差異

根據(jù)以上仿真結(jié)果可知，當 +B 為 5V 時，環(huán)路特性存在明顯差異，這被認為是寬輸入范圍的影響。雖然從一般的角度來看，這種仿真的結(jié)果似乎不是一個壞值，但在這個仿真中，環(huán)境溫度被設(shè)置為 Ta = 25°C，因此如果在實際機器上測試溫度波動后會有進一步的差異，則可能需要進行調(diào)整。在汽車應(yīng)用中，Ta=-40°C~85°C 是基本溫度環(huán)境，需要根據(jù)安裝位置不同調(diào)整 Ta=-40°C~125°C。

如何調(diào)整環(huán)路特性

R3：調(diào)整交越頻率“Fc”

Fc 是增益為 0dB 時的頻率，F(xiàn)c 小，則電阻降低，F(xiàn)c 大，則電阻增加。相位裕量和負載響應(yīng)能力有折衷傾向。與其通過降低 FC 來確保相位裕量的難度，不如調(diào)整響應(yīng)，反之亦然，可以依此調(diào)整以適應(yīng)應(yīng)用。

C8：增益調(diào)整

容量值減少→增益小，容量值增加→增益大。在高增益下，建立時間趨于增加，但負載響應(yīng)的過沖/下沖電壓可以降低，所以變化不會太大。較小的增益導(dǎo)致過沖/下沖電壓較小，建立時間較短，但相位裕量相對于 Fc 增加的趨勢趨于減小。

C4：形成高頻極 (用于降噪)

預(yù)計它主要在降低高頻帶的噪聲方面有效。

Cff：相位提前調(diào)整 (在本例中設(shè)置為 0pF)

推進高頻相位以改善負載響應(yīng)特性，應(yīng)根據(jù)相位裕量進行調(diào)整。

總結(jié)

本文利用兩種電源仿真，介紹了車載用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的環(huán)路特性調(diào)整的重要性和注意點。

審核編輯：湯梓紅