發布日期：2022-04-17 點擊率：73
【導讀】與傳統電壓模式或電流模式控制架構不同的是，DCAPx控制系統擁有兩條直接輸出反饋路徑：一條通過反饋電阻器分壓器網絡，另一條則通過直流電阻（DCR）注入電路。本文教大家如何用DCAP調節器有效地測量波特圖。
作者：Melinda Xie
控制環路增益可在波特圖（Bode Plot）中標繪，是一個能夠較好評估系統穩定性的指標。控制環路帶寬還可直接影響瞬態響應性能。
DCAP?或DCAP2?/DCAP3?調節器（在這次討論中，簡稱之為DCAPx）因其簡單性而流行。當涉及到控制環路增益的測量時，DCAPx給工程師帶來了挑戰。通過從反饋電阻器分壓器的頂部切斷環路（如圖1所示），很容易測量波特圖。這適合傳統控制架構，因為傳統架構只有一條輸出反饋路徑，且反饋在脈寬調制（PWM）之前經過補償器。
圖1：傳統控制環路增益設置
頻率分析儀
誤差放大器補償器
與傳統電壓模式或電流模式控制架構不同的是，DCAPx控制系統擁有兩條直接輸出反饋路徑：一條通過反饋電阻器分壓器網絡，另一條則通過直流電阻（DCR）注入電路，如圖2所示。DCAPx控制系統并無傳統II型或III型補償器那樣的大直流電（DC）流增益誤差放大器。在FB引腳處調制PWM脈沖。FB引腳通常是傳統控制架構的誤差放大器負輸入端。對于DCAP、DCAP2、DCAP3，它是PWM比較器的一個輸入端。
圖2：具有DCR注入電路的DCAP調節器方框圖
相位
調制器
接地（GND）
PWM
如果舍棄一條反饋路徑的測量輸出值，那么用圖1所示設置測量的波特圖不直接與瞬態響應相關聯。因此要正確測量環路增益波特圖，環路切斷點應包括兩條反饋路徑，如圖3所示。
圖3：正確的DCAP調節器控制環路波特圖測量設置
相位
調制器
GND
PWM
對DCAPx調節器而言，確定PWM調制增益的是由DCR注入網絡和輸出電容器等效串聯電阻（ESR）在FB引腳處形成的三角波形的下降斜率。沿擾動注入線纜的寄生電感和電阻以及耦合至導線的噪聲將篡改FB引腳處的三角波形，從而使PWM調制增益不同于無測試設置的調節器的增益。
為了保持準確度，將一個旁路電容器（Cpass）并聯添加到20Ω的電阻器。這個20Ω的電阻器和Cpass形成了一個高通濾波器。轉角頻率設置得比轉換器開關頻率的一半還低，以便FB引腳處的三角波形在測試過程中與在正常運行期間基本相似。
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對于開關頻率為500kHz的轉換器，筆者用0.22μF的電容器。對大多數應用來說，適當的Cpass值范圍：0.1μF至0.47μF。為盡量減少對系統的影響，DCR注入電容器（Cp）應比Cpass的十分之一還小，如圖3所示。
圖4展示了采用圖3所示測試設置的波特圖測量結果。Cpass = 0.22μF，CP = 22nF。通過調節Rp和Cff，交叉頻率被設定為開關頻率的六分之一，相位裕度為66度。筆者進行這些實驗所用的參考設計：為Altera公司Arria V FPGA中的電軌供電的步降型轉換器（PMP8824）。
圖4：用推薦的TPS53319（帶DCR注入電容器，Vout = 1.2V）的測試設置測量的波特圖
圖5展示了負載逐步升壓和逐步降壓時的相應瞬態響應。筆者還用PMP8824進行這些實驗。
大小（dB）
相位（度）
頻率（KHz）
圖5：TPS53319（Vout=1.2V）的負載瞬態響應
對DCAP2和DCAP3控制系統而言，DCR注入電路被集成在硅芯片內部。相同的技術均適用。圖6展示了DCAP2和DCAP3調節器的環路波特圖測試設置。
圖6：正確的DCAP2和DCAP3調節器控制環路波特圖測量設置
相位
DCR注入與調制器
GND
對DCAP或DCAP2/DCAP3調節器而言，波特圖是可測量的。可借助以前討論中所提供的技術測量波特圖，以確保系統的穩定性并用于優化瞬態性能的指南。
其它資源：
●AN-1889：如何測量電源的環路傳遞函數
●TPS53318：具有Eco-Mode?的高效8A或14A同步降壓型轉換器
●TPS53355：具有Eco-Mode?的1.5V至15V輸入（4.5V至25V偏置）、30A同步步降型SWIFT?轉換器
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