轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性是任何同步降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計的主要要求。確認(rèn)轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性需要我們導(dǎo)出小信號傳遞函數(shù)并測量閉環(huán)系統(tǒng)的波特圖。可以使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程嚴(yán)格推導(dǎo)出小信號傳遞函數(shù)；就理解穩(wěn)定性要求的性質(zhì)而言，結(jié)果可能非常有見地。但是，推導(dǎo)小信號傳遞函數(shù)超出了本文的范圍。
在沒有理論分析的情況下，我們可以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測量波特圖并確認(rèn)我們的轉(zhuǎn)換器設(shè)計的穩(wěn)定性。如果操作得當(dāng)，波特圖結(jié)果可能是一種非常有用的快速方法，可幫助我們衡量轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。
D-CAP 代表“直接跨越輸出電容器”。TI 推出了一系列 D-CAP TM開關(guān)模式電源，該電源包含外部 RCC 網(wǎng)絡(luò)（R RAMP、C RAMP1和 C RAMP2）或內(nèi)部紋波注入電路（例如 D-CAP3），從而更易于設(shè)計-陶瓷輸出電容器配置（圖 1）。在這篇文章中，我將比較基于不同設(shè)置方法的 D-CAP3? 波特圖測量結(jié)果，包括紋波注入幅度和小信號注入幅度。為了獲得可靠且有意義的波特圖結(jié)果，我們必須執(zhí)行一些初步步驟。
圖 1：帶有 RCC 網(wǎng)絡(luò)同步降壓轉(zhuǎn)換器的 D-CAP IC
圖 2 顯示了網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)備的兩種設(shè)置方法：交流注入的輸入端（圖 2a 中的V A）和輸出端（圖 2b 中的V B）處的 VO 引腳。這VO銷是相同的信號作為V ó圖1中的網(wǎng)絡(luò)RCC從Bode曲線圖的相位裕量測試定理的，交叉頻率定義為當(dāng)轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益的頻率處于0dB或統(tǒng)一。在此交叉頻率下，轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益的相位裕度必須為正，且至少高于 45 度，以減少負(fù)載瞬態(tài)階躍期間的輸出電壓振鈴。
圖 3 中的結(jié)果顯示了兩種設(shè)置方法之間的最小差異。但是，通過使用圖 2a 中的結(jié)果，我們可以確定轉(zhuǎn)換器的電感器和輸出電容器值的諧振頻率位置。結(jié)果來自 TPS548B22 評估板，其中 V IN =12V、V OUT =1V、F SW = 650kHz、L = 330nH、C OUT = 2 x 470μF + 7 x 100μF 和 I LOAD = 10A 電阻負(fù)載。
圖 2：TPS548B22 評估模塊 EVM 上V A (a) 和 V B (b)處VO 引腳的波特圖設(shè)置
圖 3：圖 2 所示設(shè)置的波特圖結(jié)果
我們可能會問 RCC 網(wǎng)絡(luò)的大小如何影響 Bode 圖結(jié)果。由于這種拓?fù)涞脑肼暶舾行裕刂破餍枰粋€最小斜坡幅度，以確保轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)定狀態(tài)下正確運(yùn)行，同時提供最佳負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。圖 4 顯示了 RCC 網(wǎng)絡(luò)的 6mV 和 12mV 斜坡幅度之間的比較結(jié)果。12mV 斜坡的交叉頻率約為 29kHz，相位裕度為 95 度。6mV 斜坡的交叉頻率約為 102kHz，相位裕度為 117 度。
圖 4：波特圖與 TPS548B22 EVM 上不同斜坡值的比較
從圖 4 中可以看出，RCC 斜坡幅度會影響交叉頻率和相位裕度。
在 D-CAP 3 控制模式下進(jìn)行波特圖測量時，我們可能會遇到的另一個問題是測量時交流注入幅度范圍需要是什么——并且必須是一個不會影響轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益結(jié)果的范圍。圖 5 顯示了 2.5mV 和 10mV 交流注入信號的比較結(jié)果。一個好的推薦值是將此交流注入幅度保持在 10mV 或更小。
圖 5：波特圖與不同交流注入幅度的比較
為了獲得良好的波特圖結(jié)果，我們必須注意設(shè)置并采取一些預(yù)防措施以減少測量中的錯誤。一些基本建議是：
· 在進(jìn)行測量之前，校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀或進(jìn)行 0dB 測量，以確保在感興趣的頻率范圍內(nèi)平坦增益和零相位。
· 使用控制器的模擬地作為波德圖探針的參考。請參見圖 6 中的示例比較。
· 使探頭遠(yuǎn)離電感器，以避免將電感器磁場信號耦合到交流注入幅度上。
· 如果可能，請在負(fù)載連接處使用電阻功耗，而不是電子電流源模式。
圖 6：具有不同接地探針連接位置的客戶板上的波特圖比較
波特圖測量結(jié)果使我們能夠快速衡量轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性，而不是推導(dǎo)出轉(zhuǎn)換器的小信號傳遞函數(shù)。在 D-CAP3 控制模式設(shè)置中，無論 VO 引腳位于交流注入的輸入位置還是輸出位置，相位裕度測試定理都會給出相同的結(jié)果。要獲得值得信賴的波德圖結(jié)果，讓我們對系統(tǒng)充滿信心，請采取一些預(yù)防性設(shè)置步驟以最大程度地減少錯誤。
