如何驗證DC/DC轉換器的相位裕度和負載響應之間的折衷取舍問(wèn)題呢？

可能許多人在 DC/DC 轉換器的電路設計中會(huì )發(fā)現，我們很難調整相位補償，如果調整得當，對于穩壓器輸出負載的變動(dòng)，可以抑制調節器振蕩或輸出電壓的大幅波動(dòng)。但是如果相位補償電路調整失敗并且相位裕度耗盡，則穩壓器輸出端會(huì )產(chǎn)生較大的振鈴，最壞的情況可能是發(fā)生振蕩。因此我們需要在穩壓器輸出振蕩和抑制負載而引起的輸出變化之間進(jìn)行權衡取舍，這次我們將通過(guò)調整相位補償電路，以檢查當相位裕度設置為任意條件 (70°、60°、50°) 時(shí)，相位裕度對負載響應特性的影響。

評估環(huán)境

本次測量將采用 ADI 的 LT8643S 評估板 (DC2658A)，LT8643S 是一款 42V 耐壓同步整流用 MOSFET 內置降壓型 DC/DC。與原始評估板相比，LT8643S 唯一的變化是在反饋電阻 R7 之上增加了一個(gè) 100Ω 的信號注入電阻。

評估板設置

將評估條件分別設置為：輸入電壓 8V/12V/16V (3種情況)，輸出電壓 5V，對應負載電流 1A/3A/6A (3種條件)，同時(shí)設置開(kāi)關(guān)頻率為 2MHz，如下圖 (圖1) 所示：

圖1 LT8643S 評估板電路圖

測量環(huán)境

使用穩壓電源 KIKUSUI PAN35-20E，連接到評估板 VIN 和 GND。

使用 KIKUSUI PLZ164WS 電子負載，連接到評估板 VOUT-GND。

使用泰克 6 系列示波器，在輸出電容 C6 上觀(guān)察紋波。
-?電源軌探頭 TPR1000
-?配件 1.3m，SMA (Ma) – MMCX (Ma)，50Ω 電纜
-?配件 MMCX 連接器 (Wurth Elektoronik 66012002111503)

驗證相位裕度和負載響應特性

確認評估板特性

此時(shí)我們可以在評估板的初始狀態(tài)下確認其特性，在確認負載響應特性時(shí)，相位裕度為 48.4~58.1°，電壓波動(dòng)為 ±87mV (交越頻率 94.7KHz)，紋波電壓非常低，為 1.9mV p-p。作為電源電路，它具有非常好的特性，從這種狀態(tài)出發(fā)，我們可以以此驗證當相位裕度改變時(shí)負載響應特性是如何變化的，如下圖 (圖2) 所示：

圖2 評估板初始狀態(tài)的特性

調整到最佳相位裕度的條件

下圖 (圖3) 顯示了將相位補償電路更改為 R4=6.3KΩ 和 C5=1.36nF，并將常數更改為最佳相位裕度狀態(tài)的結果。從中我們可以確認負載響應特性時(shí)，相位裕度為 74.1~82°，電壓波動(dòng)為 ±100mV (交越頻率 71.8KHz)。?

圖3 最佳相位裕度條件

降低相位裕度以改善負載響應特性

接下來(lái)我們需要對相位裕度和負載響進(jìn)行比較后再權衡取舍。當 FPGA 或 CPU 要求改善負載響應特性時(shí)，即便以犧牲相位裕度為代價(jià)，也應提高交越頻率以改善負載響應特性。在這里我們改變了相位補償電路的常數而減小相位裕度，以查看負載響應特性最終是否得到改善。

從下圖 (圖4) 顯示的結果可以看出，當相位裕度減小時(shí)，交越頻率增加，負載響應特性也得到改善。通過(guò)提高交越頻率，我們能夠將電壓變化波動(dòng)控制在 5V 輸出 ±70mV (±1.4%)。但是如果要改善負載響應特性，以犧牲相位裕度為代價(jià)來(lái)提高交越頻率，需要將相位裕度至少保持在45°。

圖4 相位裕度和負載響應特性

審核編輯：劉清