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    開關(guān)電源的環(huán)路響應(yīng)問題
  • 開關(guān)電源的環(huán)路響應(yīng)問題
  •   發(fā)布日期: 2022-09-14  瀏覽次數(shù): 1,076

    電路系統(tǒng)的單板設(shè)計(jì)中我們經(jīng)常用到各種電源,DC/DC是最廣泛的一種,比如BUCK降壓電路,一般我們都采用的是相關(guān)廠家的集成芯片如TI、ADI、Linear等,總的來說應(yīng)用還是比較簡(jiǎn)單的,按照參考電路配置外圍器件即可,然后按照布局布線原則完成單板設(shè)計(jì)。但是如果僅僅是知道基本原理卻不知所以然,導(dǎo)致的結(jié)果就是在出現(xiàn)問題時(shí)完全摸不著頭腦,比如最近遇到一個(gè)問題就是DC/DC在空載時(shí)電壓異常的現(xiàn)象。

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    這個(gè)問題是偶然出現(xiàn)的:該芯片已在其他單板上使用正常,但是最新的一塊板子卻出現(xiàn)電壓異常波動(dòng)。對(duì)比二者原理圖發(fā)現(xiàn)都一樣,但是檢查完PCB后檢查原理圖發(fā)現(xiàn)輸出電容配置有問題,改過電容后電壓正常。那么為何同樣的設(shè)計(jì)之前的沒有問題,現(xiàn)在的有問題呢?進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),新的問題板子在未使用時(shí)是空載的,而之前的板子都是一直帶載,于是不改變電容插上負(fù)載,輸出電壓也正常了。這是一個(gè)典型的開關(guān)電源的環(huán)路響應(yīng)問題。

    我們?cè)趯W(xué)習(xí)運(yùn)放的時(shí)候就研究過運(yùn)放的閉環(huán)反饋特性,也就是幅頻特性和相頻特性。

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    那么對(duì)于DC/DC而言,環(huán)路同樣具有類似特性,下圖是一個(gè)同步BUCK電路。

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    基本的傳輸拓?fù)錇椋?/p>

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    傳輸函數(shù)可簡(jiǎn)化為下圖,S為頻率參數(shù)。

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    對(duì)于BUCK電路而言,我們可以得到輸出的零極點(diǎn)分析

    LC為環(huán)路的主極點(diǎn),而輸出電容和ESR則為環(huán)路的一個(gè)零點(diǎn)。

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    我們知道如圖的相位裕度是反映環(huán)路穩(wěn)定性的重要指標(biāo),因此環(huán)路設(shè)計(jì)中重要的就是如何保證合適的參數(shù)。下面就介紹幾種補(bǔ)償方式,目的是前推零點(diǎn),提高相位裕度。

    我們由極點(diǎn)公式看到L和Cout決定了環(huán)路的帶寬,這個(gè)參數(shù)其實(shí)也代表著環(huán)路的響應(yīng)速度。

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    Fs是開關(guān)電源的頻率,那么電源設(shè)計(jì)中就需要進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)。

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    兩種補(bǔ)償方式,具體的計(jì)算公式就不貼了。

    PI方式:

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    PID方式:

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    我們非電源單板硬件設(shè)計(jì)中考慮環(huán)路補(bǔ)償?shù)那闆r比較少,實(shí)際應(yīng)用中我們按照推薦的參數(shù)設(shè)計(jì)一般沒有問題,但是像這次遇到的這種設(shè)計(jì)錯(cuò)誤時(shí),能夠從輸出電壓的特性上判斷出可能的原因,輸出電容設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致環(huán)路異常出現(xiàn)電壓波動(dòng),而帶載同樣影響了環(huán)路,因此在設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的情況下同樣正常工作??傊h(huán)路的頻率特性與環(huán)路的響應(yīng)、噪聲等相關(guān),我們?cè)谟龅絾栴}時(shí)最好能夠從一定基礎(chǔ)角度出發(fā)才能盡快解決問題,是以為記。

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