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调节器控制环路波特图测量设置及方案

出处:维库电子市场网 发布于:2018-04-23 15:49:31 | 531 次阅读

  控制环路增益可在波特图(Bode Plot)中标绘,是一个能够较好评估系统稳定性的指标。控制环路带宽还可直接影响瞬态响应性能。
  DCAP或DCAP2/DCAP3调节器(在这次讨论中笔者将称之为DCAPx)因其简单性而流行。当涉及到控制环路增益的测量时,DCAPx给工程师带来了挑战。通过从反馈电阻器分压器的顶部切断环路(如图1所示),很容易测量波特图。这适合传统控制架构,因为传统架构只有一条输出反馈路径,且反馈在脉宽调制(PWM)之前经过补偿器。


  图1:传统控制环路增益设置


  与传统电压模式或电流模式控制架构不同的是,DCAPx控制系统拥有两条直接输出反馈路径:一条通过反馈电阻器分压器网络,另一条则通过直流电阻(DCR)注入电路,如图2所示。DCAPx控制系统并无传统II型或III型补偿器那样的大直流电(DC)流增益误差放大器。在FB引脚处调制PWM脉冲。FB引脚通常是传统控制架构的误差放大器负输入端。对于DCAP、DCAP2、DCAP3,它是PWM比较器的一个输入端。


  图2:具有DCR注入电路的DCAP调节器方框图


  如果舍弃一条反馈路径的测量输出值,那么用图1所示设置测量的波特图不直接与瞬态响应相关联。因此要正确测量环路增益波特图,环路切断点应包括两条反馈路径,如图3所示。


  图3:正确的DCAP调节器控制环路波特图测量设置


  对DCAPx调节器而言,确定PWM调制增益的是由DCR注入网络和输出电容器等效串联电阻(ESR)在FB引脚处形成的三角波形的下降斜率。沿扰动注入线缆的寄生电感和电阻以及耦合至导线的噪声将篡改FB引脚处的三角波形,从而使PWM调制增益不同于无测试设置的调节器的增益。
  为了保持准确度,将一个旁路电容器(Cpass)并联添加到20Ω的电阻器。这个20Ω的电阻器和Cpass形成了一个高通滤波器。转角频率设置得比转换器开关频率的一半还低,以便FB引脚处的三角波形在测试过程中与在正常运行期间基本相似。
  对于开关频率为500kHz的转换器,笔者用0.22μF的电容器。对大多数应用来说,适当的Cpass值范围:0.1μF至0.47μF。为尽量减少对系统的影响,DCR注入电容器(Cp)应比Cpass的十分之一还小,如图3所示。
  图4展示了采用图3所示测试设置的波特图测量结果。Cpass = 0.22μF,CP = 22nF。通过调节Rp和Cff,交叉频率被设定为开关频率的六分之一,相位裕度为66度。笔者进行这些实验所用的参考设计:为Altera公司Arria V FPGA中的电轨供电的步降型转换器(PMP8824)。


  图4:用推荐的TPS53319(带DCR注入电容器,Vout = 1.2V)的测试设置测量的波特图


  图5展示了负载逐步升压和逐步降压时的相应瞬态响应。笔者还用PMP8824进行这些实验。


  图5:TPS53319(Vout=1.2V)的负载瞬态响应


  对DCAP2和DCAP3控制系统而言,DCR注入电路被集成在硅芯片内部。相同的技术均适用。图6展示了DCAP2和DCAP3调节器的环路波特图测试设置。


  图6:正确的DCAP2和DCAP3调节器控制环路波特图测量设置


  对DCAP或DCAP2/DCAP3调节器而言,波特图是可测量的。可借助以前讨论中所提供的技术测量波特图,以确保系统的稳定性并用于优化瞬态性能的指南。

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