1.7 实际应用限制和常见问题第一部分

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大家好 我们继续之前的关于开关电源补偿的相关知识的介绍 下面我们会进入讲一些 circuit limitation 和 other issues 其中的第一部分 首先我们看一下 bandwidth 和 transient response 之间的关联 左边这个波特图 我们可以看到 fC, 0dB 的 crossover frequency 然后还有一些 phase 的情况 那么这个 fC 我们设定到 10kHz 然后右边是个 transient response 有一个在负载上的 ΔI 的变化 我们看 output 会有掉,一些 drop 和 rise 我们把这个 output 的 maxmium drop 定位为 VP 然后从 step response 开始一直到 output 掉到最低 我们时间定义为 tP 那么 VP 和 tP 这两个关键参数显示我们的系统 对 transient response 的这个敏捷程度 那么理论上我们是希望 VP 和 tP 越小越好 我们首先排除其他的 ESR 的情况 slew rate 和一些 duty cycle 的一些 nonideal limitation 我们来纯粹的看这个反应跟带宽之间的关系 看到 tP 等于 1/4 fC 那么在这里为例的话 tP 等于 25ms 我们接下来看一下不同的补偿情况 不同的 phase margin 情况 对整个系统的 transient response 影响 第一种情况我们是认为 可以看为 current mode single pole 这意味着 phase margin 是90度 非常的 stable 那么 VP 呢就等于这个 function 那么算出来是180毫伏 我们先放在这里 接下来我们再看一个 current-mode critically damped 这意味着什么呢45度 phase margin 不是那么好 但这意味着带宽要高一些 那这意味什么呢 VP 我们接下来看一下公式 分母上有点区别 原来是 2π 现在变成 e 是大于2的 那么结果呢就130毫伏 那就是 response 更快 所以这意味着什么 意味着我们在带宽和稳定性之间在做 trade off 我们一开始在讲补偿的时候就提到过 我们要 trade off 两个东西 一个是我们要 maximumized crossover frequency 然后另外一点呢我们还要优化 adjust for best settling time 那么这就是两个极端情况 single pole approximation 这个 settling 是非常好的 比60度还好非常 smooth drop 那么 critically damped 的话呢是 phase margin 偏小 但是带宽会更好更快 补偿的时候我们自己要优化 看需求 在两者之间 trade off 的一个关系 那么接下来我们再看一下 voltage mode 那么基于 voltage mode double pole 和它整个的这个补偿的一些特性 那么它的公式有所不同 这边是个八倍的 那么整个算的话呢140毫伏 那它是要好于一些 之前的 current mode critically damped 的这种情况 比这个差一点 刚才说的不太恰当,差一点 但是比那个 single pole current mode 要好很多 这么一个东西 接下来我们看一下 switching regulator with poor compensation 我们先举一个例子 这边的话呢是我们用了 TPS54620 它是个 peak current-mode 的 converter 外部元器件我们已经为它设定好了 那么我们对这个系统加一个 transient response 右上角这个图 我们看见 Vout 我们现在应该大家都已经非常熟悉这个 response behavior 和 phase margin 各种的一个相关的一些 那么你可以直接的看到 phase margin 不是很好 但是反应很快 那么我们接下来怎么办呢 我们把这个 device 一级一级地分析一下 那么先看一下 power stage 那 power stage 我们现在看的话是 phase 往180度去掉 gain 倾向于 40dB/decade 那么这个意味着什么呢 这个 power stage 的这个特点直接就意味着 它本来是应该一个 current mode 这样的话 就是说它的 power stage 应该倾向于是一个 single pole 但现在类似于 double pole 倾向于去 double pole 那这意味着什么 意味着我们的 slope compensation 加多了 也就是说那个倾向于 voltage mode 我们把它放在一边在看一下 error amplifier 我们萃取一下它的特性 那么 mid-band gain 看到大概 3dB OK 我们放在这里先不管了 我们再来看一下 close loop 我们取 0dB 然后看一下 phase ,20度很差 crossover frequency 95k 接近 100K 带宽很高 接下来我们该怎么办呢 我们看一下 首先是 power stage 它是 IC 内部的 nothing we can do 我们没有办法去改变它 我们能够改变是什么呢 error amplifier 那也就是说刚才我们萃取的这个 mid-band gain 里面的一些特性 那么我们可以通过降低 mid-band gain 来切削整个 loop 的带宽 这样的话呢就会把稳定性再 gain back 那么咱们试一下,怎么做呢 就是 decrease Rcomp 和 rescale Ccomp 增加 Ccomp 然后这个 mid-band gain 现在看来有 -10dB 然后我们再来看整个 control loop 我们看一下带宽 首先是由刚才的 95k 变成只有 30k 然后 phase margin 升到了67度 我们再来看一下 transient response 是一致的 所以我们把系统稳定要调好 但是代价就是带宽小 就是我们一直提到的 maximumized crossover frequency 同时要照顾好 settling behavior settling time trade off 的结果这就是 OK 好,谢谢大家 那么这是一些关于补偿的 limitation 和一些 issue 介绍的第一部分 那么下课我们继续,谢谢
课程介绍 共计8课时,1小时3分24秒

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讲师: Wang Yu

上海MCP高级设计经理

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