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优化电源转换器控制回路的三种方案

发布时间:2021-10-18 来源:Frederik Dostal 责任编辑:wenwei

【导读】几乎每个电源都有一个控制回路,以确保输出电压为恒定值。电源设计旨在优化控制回路,以便在输入电压或负载瞬变出现波动时,最大限度地减少控制输出电压与设定值之间的偏差。这里的一个重要关系是输出电容的大小与开关稳压器IC的响应速度的关系。如果回路响应特别快,则可以使用较小的输出电容,同时将输出电压保持在允许范围内。因此,优化开关稳压器的响应速度可降低系统成本并减少电路的空间需求,因为可以使用较小的输出电容。


问题:


选择电源转换器的外部元件有什么简单办法吗?


答案:


存在三种可能性。


几乎每个电源都有一个控制回路,以确保输出电压为恒定值。电源设计旨在优化控制回路,以便在输入电压或负载瞬变出现波动时,最大限度地减少控制输出电压与设定值之间的偏差。这里的一个重要关系是输出电容的大小与开关稳压器IC的响应速度的关系。如果回路响应特别快,则可以使用较小的输出电容,同时将输出电压保持在允许范围内。因此,优化开关稳压器的响应速度可降低系统成本并减少电路的空间需求,因为可以使用较小的输出电容。


大多数开关稳压器IC都有一个补偿引脚,通常称为ITH或VC,用于控制回路调整。通过巧妙选择电容和电阻,可在控制回路的转换功能中增加极点和零点,以确保最优动态性能和较高控制回路稳定性。但是,如何选择这些补偿元件?


对此有三种方法可以使用。


使用数据手册中的数据手动计算:

第一种方法是使用开关稳压器IC的数据手册中的计算公式。考虑一个选定的功率级,提出了稳定化概念。图1显示了 LTC3311 IC及相应的ITH引脚和适当的补偿元件。


1634295378753946.png

图1.LTC3311开关稳压器IC有一个ITH引脚用于调整控制回路速度和稳定性


3.jpg

图2.使用LTPowerCAD选择补偿元件和优化控制回路


使用设计工具:


找到合适的转换函数设置的第二种方法是使用LTPowerCAD®等设计工具来计算外部元件。该方法提供了对控制回路响应的额外洞察。图2显示了LTPowerCAD用户界面,控制回路以波特图的形式表示,另外还显示了时域中输出电压对负载瞬变的响应。ITH设置值可以方便地改变,利用这种方法可以找到最优设置。


歌德说过:"所有理论都是灰色的。"在实践中,从开发转到批量生产之前,还应考虑并检查寄生元件。已选择的补偿元件连接到ITH引脚,执行负载瞬态测试以检查VOUT的电压变化是否在允许范围内,电压转换器是否稳定地工作。


此硬件测试仅检查一个用于补偿的设置选项。但是,可以利用稍微修改的值优化该设置。为此,必须在硬件上完成所有焊接工作,因为必须将外部元件更改为新值以查找最优补偿元件组合。


1634295348230522.png图3.利用ADI公司的LB013A板优化补偿元件


优雅的方法——使用预配置的RC网络:


图3显示了第三种解决问题的方法——使用预配置的RC网络,这种方法很优雅。ADI公司的 LB013A 板是一个小型电路板,其上实现了简单的可切换和可调整RC网络。总电容和电阻值可以通过驱动小型开关和旋转电位计来改变。无需费力地焊接补偿模块,补偿设置可以在负载瞬态测试期间实时优化。LB013A之类的电路板很容易制造,但也可以从ADI公司购买。


利用这三种优化开关稳压器补偿的方法,可以补偿任何电源。



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