調(diào)節(jié)器控制環(huán)路波特圖測(cè)量設(shè)置及方案

控制環(huán)路增益可在波特圖（Bode Plot）中標(biāo)繪，是一個(gè)能夠較好評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)。控制環(huán)路帶寬還可直接影響瞬態(tài)響應(yīng)性能。

DCAP?或DCAP2?/DCAP3?調(diào)節(jié)器（在這次討論中筆者將稱之為DCAPx）因其簡(jiǎn)單性而流行。當(dāng)涉及到控制環(huán)路增益的測(cè)量時(shí)，DCAPx給工程師帶來(lái)了挑戰(zhàn)。通過(guò)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(cè)量波特圖。這適合傳統(tǒng)控制架構(gòu)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)架構(gòu)只有一條輸出反饋路徑，且反饋在脈寬調(diào)制（PWM）之前經(jīng)過(guò)補(bǔ)償器。

圖1：傳統(tǒng)控制環(huán)路增益設(shè)置

與傳統(tǒng)電壓模式或電流模式控制架構(gòu)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(guò)反饋電阻器分壓器網(wǎng)絡(luò)，另一條則通過(guò)直流電阻（DCR）注入電路，如圖2所示。DCAPx控制系統(tǒng)并無(wú)傳統(tǒng)II型或III型補(bǔ)償器那樣的大直流電（DC）流增益誤差放大器。在FB引腳處調(diào)制PWM脈沖。FB引腳通常是傳統(tǒng)控制架構(gòu)的誤差放大器負(fù)輸入端。對(duì)于DCAP、DCAP2、DCAP3，它是PWM比較器的一個(gè)輸入端。

圖2：具有DCR注入電路的DCAP調(diào)節(jié)器方框圖

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

圖3：正確的DCAP調(diào)節(jié)器控制環(huán)路波特圖測(cè)量設(shè)置

對(duì)DCAPx調(diào)節(jié)器而言，確定PWM調(diào)制增益的是由DCR注入網(wǎng)絡(luò)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?cái)_動(dòng)注入線纜的寄生電感和電阻以及耦合至導(dǎo)線的噪聲將篡改FB引腳處的三角波形，從而使PWM調(diào)制增益不同于無(wú)測(cè)試設(shè)置的調(diào)節(jié)器的增益。

為了保持準(zhǔn)確度，將一個(gè)旁路電容器（Cpass）并聯(lián)添加到20Ω的電阻器。這個(gè)20Ω的電阻器和Cpass形成了一個(gè)高通濾波器。轉(zhuǎn)角頻率設(shè)置得比轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)頻率的一半還低，以便FB引腳處的三角波形在測(cè)試過(guò)程中與在正常運(yùn)行期間基本相似。

對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率為500kHz的轉(zhuǎn)換器，筆者用0.22μF的電容器。對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)腃pass值范圍：0.1μF至0.47μF。為盡量減少對(duì)系統(tǒng)的影響，DCR注入電容器（Cp）應(yīng)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(cè)試設(shè)置的波特圖測(cè)量結(jié)果。Cpass = 0.22μF，CP = 22nF。通過(guò)調(diào)節(jié)Rp和Cff，交叉頻率被設(shè)定為開(kāi)關(guān)頻率的六分之一，相位裕度為66度。筆者進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)所用的參考設(shè)計(jì)：為Altera公司Arria V FPGA中的電軌供電的步降型轉(zhuǎn)換器（PMP8824）。

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

圖5展示了負(fù)載逐步升壓和逐步降壓時(shí)的相應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)。筆者還用PMP8824進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)。

圖5：TPS53319（Vout=1.2V）的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

對(duì)DCAP2和DCAP3控制系統(tǒng)而言，DCR注入電路被集成在硅芯片內(nèi)部。相同的技術(shù)均適用。圖6展示了DCAP2和DCAP3調(diào)節(jié)器的環(huán)路波特圖測(cè)試設(shè)置。

圖6：正確的DCAP2和DCAP3調(diào)節(jié)器控制環(huán)路波特圖測(cè)量設(shè)置

對(duì)DCAP或DCAP2/DCAP3調(diào)節(jié)器而言，波特圖是可測(cè)量的?？山柚郧坝懻撝兴峁┑募夹g(shù)測(cè)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。