改善動(dòng)態(tài)環(huán)路響應(yīng)——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(yīng)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(yīng)盡可能快,以響應(yīng)動(dòng)態(tài)變化(例如快速的輸入電壓變化或輸出端的負(fù)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(shí)現(xiàn)。

圖1．全橋應(yīng)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(duì)動(dòng)態(tài)影像做出響應(yīng)。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(jì)人員提供諸多控制功能,有些甚至能在操作期間實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。圖2顯示可通過ADP1055評(píng)估軟件控制的ADP1055的各種功能。

圖2．?dāng)?shù)字電源使得設(shè)計(jì)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(yīng)函數(shù)提供了一項(xiàng)與控制環(huán)路相關(guān)的極為有趣的設(shè)置選項(xiàng),該設(shè)置通過濾波器按鈕訪問。非線性增益/響應(yīng)支持對(duì)控制環(huán)路實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),例如,在負(fù)載瞬變之后。電源在經(jīng)歷很大的負(fù)載瞬變之后,其輸出電壓通常會(huì)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(jí)中的組件被用于最大程度降低電壓在大部分可預(yù)期情況下的波動(dòng)。動(dòng)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(shì)在于:可以立即調(diào)節(jié)環(huán)路的響應(yīng),以在差異甚大的各種情形下實(shí)施補(bǔ)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(lán)色表示輸出電壓在經(jīng)歷由高至低的負(fù)載瞬變后的典型行為?？梢钥闯?穩(wěn)壓器輸出端的電壓響應(yīng)通常會(huì)出現(xiàn)過沖。當(dāng)輸出電壓超過某些閾值時(shí),可以通過簡(jiǎn)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(biāo)稱輸出電壓為12 V。可調(diào)控制環(huán)路增益可以設(shè)置為多個(gè)值,具體由輸出電壓決定。例如,如果因?yàn)檎`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(duì)應(yīng)的下拉菜單中設(shè)置控制環(huán)路。還有三個(gè)其他的電壓閾值高于12．12 V,可以使用獨(dú)立的增益設(shè)置。注意,這些增益設(shè)置與在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓環(huán)路時(shí)設(shè)置的極點(diǎn)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(yīng)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(shí),經(jīng)優(yōu)化的控制環(huán)路特性不會(huì)受到影響?？梢允褂脭?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(fù)載瞬變之后)動(dòng)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(shí),則很難實(shí)施。

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)專業(yè)。他于2001年開始工作,涉足電源管理業(yè)務(wù),曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位,并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年,負(fù)責(zé)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(dān)任電源管理現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。