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優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換器控制回路的三種方案

發(fā)布時(shí)間:2021-10-18 來(lái)源:Frederik Dostal 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】幾乎每個(gè)電源都有一個(gè)控制回路,以確保輸出電壓為恒定值。電源設(shè)計(jì)旨在優(yōu)化控制回路,以便在輸入電壓或負(fù)載瞬變出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),最大限度地減少控制輸出電壓與設(shè)定值之間的偏差。這里的一個(gè)重要關(guān)系是輸出電容的大小與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC的響應(yīng)速度的關(guān)系。如果回路響應(yīng)特別快,則可以使用較小的輸出電容,同時(shí)將輸出電壓保持在允許范圍內(nèi)。因此,優(yōu)化開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的響應(yīng)速度可降低系統(tǒng)成本并減少電路的空間需求,因?yàn)榭梢允褂幂^小的輸出電容。


問(wèn)題:


選擇電源轉(zhuǎn)換器的外部元件有什么簡(jiǎn)單辦法嗎?


答案:


存在三種可能性。


幾乎每個(gè)電源都有一個(gè)控制回路,以確保輸出電壓為恒定值。電源設(shè)計(jì)旨在優(yōu)化控制回路,以便在輸入電壓或負(fù)載瞬變出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),最大限度地減少控制輸出電壓與設(shè)定值之間的偏差。這里的一個(gè)重要關(guān)系是輸出電容的大小與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC的響應(yīng)速度的關(guān)系。如果回路響應(yīng)特別快,則可以使用較小的輸出電容,同時(shí)將輸出電壓保持在允許范圍內(nèi)。因此,優(yōu)化開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的響應(yīng)速度可降低系統(tǒng)成本并減少電路的空間需求,因?yàn)榭梢允褂幂^小的輸出電容。


大多數(shù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC都有一個(gè)補(bǔ)償引腳,通常稱(chēng)為ITH或VC,用于控制回路調(diào)整。通過(guò)巧妙選擇電容和電阻,可在控制回路的轉(zhuǎn)換功能中增加極點(diǎn)和零點(diǎn),以確保最優(yōu)動(dòng)態(tài)性能和較高控制回路穩(wěn)定性。但是,如何選擇這些補(bǔ)償元件?


對(duì)此有三種方法可以使用。


使用數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)手動(dòng)計(jì)算:

第一種方法是使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC的數(shù)據(jù)手冊(cè)中的計(jì)算公式。考慮一個(gè)選定的功率級(jí),提出了穩(wěn)定化概念。圖1顯示了 LTC3311 IC及相應(yīng)的ITH引腳和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償元件。


1634295378753946.png

圖1.LTC3311開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC有一個(gè)ITH引腳用于調(diào)整控制回路速度和穩(wěn)定性


3.jpg

圖2.使用LTPowerCAD選擇補(bǔ)償元件和優(yōu)化控制回路


使用設(shè)計(jì)工具:


找到合適的轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)置的第二種方法是使用LTPowerCAD?等設(shè)計(jì)工具來(lái)計(jì)算外部元件。該方法提供了對(duì)控制回路響應(yīng)的額外洞察。圖2顯示了LTPowerCAD用戶(hù)界面,控制回路以波特圖的形式表示,另外還顯示了時(shí)域中輸出電壓對(duì)負(fù)載瞬變的響應(yīng)。ITH設(shè)置值可以方便地改變,利用這種方法可以找到最優(yōu)設(shè)置。


歌德說(shuō)過(guò):"所有理論都是灰色的。"在實(shí)踐中,從開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)到批量生產(chǎn)之前,還應(yīng)考慮并檢查寄生元件。已選擇的補(bǔ)償元件連接到ITH引腳,執(zhí)行負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試以檢查VOUT的電壓變化是否在允許范圍內(nèi),電壓轉(zhuǎn)換器是否穩(wěn)定地工作。


此硬件測(cè)試僅檢查一個(gè)用于補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置選項(xiàng)。但是,可以利用稍微修改的值優(yōu)化該設(shè)置。為此,必須在硬件上完成所有焊接工作,因?yàn)楸仨殞⑼獠吭臑樾轮狄圆檎易顑?yōu)補(bǔ)償元件組合。


1634295348230522.png圖3.利用ADI公司的LB013A板優(yōu)化補(bǔ)償元件


優(yōu)雅的方法——使用預(yù)配置的RC網(wǎng)絡(luò):


圖3顯示了第三種解決問(wèn)題的方法——使用預(yù)配置的RC網(wǎng)絡(luò),這種方法很優(yōu)雅。ADI公司的 LB013A 板是一個(gè)小型電路板,其上實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的可切換和可調(diào)整RC網(wǎng)絡(luò)。總電容和電阻值可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)小型開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)電位計(jì)來(lái)改變。無(wú)需費(fèi)力地焊接補(bǔ)償模塊,補(bǔ)償設(shè)置可以在負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試期間實(shí)時(shí)優(yōu)化。LB013A之類(lèi)的電路板很容易制造,但也可以從ADI公司購(gòu)買(mǎi)。


利用這三種優(yōu)化開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器補(bǔ)償?shù)姆椒?,可以補(bǔ)償任何電源。



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