優化電源轉換器控制回路的三種方案

作者：ADI現場應用工程師 Frederik Dostal

問題：選擇電源轉換器的外部元件有什么簡單辦法嗎？

答案：有三種方法。

幾乎每個電源都有一個控制回路，以確保輸出電壓為恒定值。電源設計旨在優化控制回路，以便在輸入電壓或負載瞬變出現波動時，最大限度地減少控制輸出電壓與設定值之間的偏差。這里的一個重要關系是輸出電容的大小與開關穩壓器IC的響應速度的關系。如果回路響應特別快，則可以使用較小的輸出電容，同時將輸出電壓保持在允許范圍內。因此，優化開關穩壓器的響應速度可降低系統成本并減少電路的空間需求，因為可以使用較小的輸出電容。

大多數開關穩壓器IC都有一個補償引腳，通常稱為ITH或VC，用于控制回路調整。通過巧妙選擇電容和電阻，可在控制回路的轉換功能中增加極點和零點，以確保最優動態性能和較高控制回路穩定性。但是，如何選擇這些補償元件？

對此有三種方法可以使用。

1）使用數據手冊中的數據手動計算：

第一種方法是使用開關穩壓器IC的數據手冊中的計算公式?？紤]一個選定的功率級，提出了穩定化概念。圖1顯示了LTC3311 IC及相應的ITH引腳和適當的補償元件。

圖1.LTC3311開關穩壓器IC有一個ITH引腳用于調整控制回路速度和穩定性

圖2.使用LTPowerCAD選擇補償元件和優化控制回路

2）使用設計工具：

找到合適傳遞函數設置的第二種方法是使用LTPowerCAD?等設計工具來計算外部元件。該方法提供了對控制回路響應的額外洞察。圖2顯示了LTPowerCAD用戶界面，控制回路以波特圖的形式表示，另外還顯示了時域中輸出電壓對負載瞬變的響應。ITH設置值可以方便地改變，利用這種方法可以找到最優設置。

歌德說過：“所有理論都是灰色的?！痹趯嵺`中，從開發轉到批量生產之前，還應考慮并檢查寄生元件。已選擇的補償元件連接到ITH引腳，執行負載瞬態測試以檢查VOUT的電壓變化是否在允許范圍內，電壓轉換器是否穩定地工作。

此硬件測試僅檢查一個用于補償的設置選項。但是，可以通過參數微調以優化該設置。為此，必須在硬件上完成所有焊接工作，因為必須將外部元件更改為新值以查找最優補償元件組合。

圖3.利用ADI公司的LB013A板優化補償元件

3）優雅的方法——使用預配置的RC網絡：

圖3顯示了第三種解決問題的方法——使用預配置的RC網絡，這種方法很優雅。ADI公司的LB013A板是一個小型電路板，其上實現了簡單的可切換和可調整RC網絡?？傠娙莺碗娮柚悼梢酝ㄟ^驅動小型開關和旋轉電位計來改變。無需費力地焊接補償模塊，補償設置可以在負載瞬態測試期間實時優化。LB013A之類的電路板很容易制造，但也可以從ADI公司購買。

利用這三種優化開關穩壓器補償的方法，可以補償任何電源。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業。他于2001年開始工作，涉足電源管理業務，曾擔任各種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場應用工程師。