改善動態迴路反應

作者 : Frederik Dostal,ADI現場應用工程師

DC-DC轉換器透過回饋控制系統,將不斷變化的輸入電壓轉換為(通常)固定的輸出電壓。回饋控制系統應儘量保持穩定,以避免出現振盪,或者發生最糟糕的情況:輸出未經調節的輸出電壓。

DC-DC轉換器透過回饋控制系統,將不斷變化的輸入電壓轉換為(通常)固定的輸出電壓。回饋控制系統應儘量保持穩定,以避免出現振盪,或者發生最糟糕的情況:輸出未經調節的輸出電壓。控制系統的速度應越快越好,以回應動態變化,例如快速的輸入電壓變化或輸出端的負載瞬態,並最大程度降低經調節的輸出電壓之間的壓差。要表現控制迴路的行為,可以使用典型的波特圖(Bode)來顯示隨頻率變化的相移和迴路增益,此控制迴路可以使用類比或數位技術實現。

圖1 全橋式應用中的ADP1055數位開關穩壓器。

有些數位電源提供控制迴路最佳化,可以極快地對動態影像做出反應。圖1顯示內建ADP1055控制器IC的電路示例,該電路已經受數位控制迴路最佳化。數位控制器為設計人員提供諸多控制功能,有些甚至能在操作期間實施動態控制。圖2顯示可透過ADP1055評估軟體控制的ADP1055的各種功能。

圖2 數位電源使設計人員能透過圖形化使用者介面,輕鬆管控電源參數。

非線性增益/回應函數提供了一項與控制迴路相關的極為有趣的設置選項,該設置透過濾波器按鈕訪問。非線性增益/回應支援對控制迴路實施動態調節,例如,在負載瞬變之後。電源在經歷很大的負載瞬變之後,其輸出電壓通常會高於或低於理想的整流電壓值。在僅採用類比元件的控制迴路中,控制迴路和電源功率級中的元件被用於最大程度降低電壓在大部分可預期情況下的波動。動態可調節控制迴路(例如ADP1055中的迴路)的優勢在於:可以立即調節迴路的反應,以在差異甚大的各種情形下進行補償。

圖3 根據輸出電壓狀態設置控制迴路增益。

圖3顯示控制此函數的介面。圖中用藍色表示輸出電壓在經歷由高至低的負載瞬變後的典型行為。可以看出,穩壓器輸出端的電壓回應通常會出現過衝。當輸出電壓超過某些閾值時,可以透過簡單增加控制迴路增益來最大程度降低過衝。

在圖3的示例中,設置的標稱輸出電壓為12V。可調控制迴路增益可以設置為多個值,由輸出電壓決定。例如,如果因為誤差放大器的增益增加,使得電壓升高至12.12V以上,則可以在對應的下拉式功能表中設置控制迴路,還有三個其他的電壓閾值高於12.12V,可以使用獨立的增益設置。請注意,這些增益設置與在設計穩壓迴路時設置的極點和零完全無關。

透過可調、基於電壓的增益設置可以查找更快回應電壓過衝的控制迴路設置,由此最佳化輸出電壓回饋控制的品質。請注意,正常工作時,經最佳化的控制迴路特性不會受到影響。可以使用數位控制器(如ADP1055)在特定條件下(例如在經歷負載瞬變之後)動態調節控制迴路,但在使用傳統的模擬控制迴路時,則很難實作。

 

 

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