DC-DC轉換器通過反饋控制系統,將不斷變化的輸入電壓轉換為(通常)固定的輸出電壓。反饋控制系統應盡量保持穩定,以避免出現振蕩,或者發生最糟糕的情況:輸出未經調節的輸出電壓。控制系統的速度應盡可能快,以響應動態變化(例如快速的輸入電壓變化或輸出端的負載瞬態),并最大程度降低經調節的輸出電壓之間的壓差。要表現控制環路的行為,可以使用典型的波特圖來顯示隨頻率變化的相移和環路增益。此控制環路可以使用模擬或數字技術實現。

圖1．全橋應用中的ADP1055數字開關穩壓器

有些數字電源提供控制環路優化,可以極快地對動態影像做出響應。圖1顯示帶ADP1055控制器IC的電路示例,該電路已經受數字控制環路優化。數字控制器為設計人員提供諸多控制功能,有些甚至能在操作期間實施動態控制。圖2顯示可通過ADP1055評估軟件控制的ADP1055的各種功能。

圖2．數字電源使得設計人員能夠通過圖形用戶界面,輕松管控電源參數

非線性增益/響應函數提供了一項與控制環路相關的極為有趣的設置選項,該設置通過濾波器按鈕訪問。非線性增益/響應支持對控制環路實施動態調節,例如,在負載瞬變之后。電源在經歷很大的負載瞬變之后,其輸出電壓通常會高于或低于理想的整流電壓值。在僅采用模擬器件的控制環路中,控制環路和電源功率級中的組件被用于最大程度降低電壓在大部分可預期情況下的波動。動態可調節控制環路(例如ADI公司的ADP1055中的環路)的優勢在于:可以立即調節環路的響應,以在差異甚大的各種情形下實施補償。

圖3．根據輸出電壓狀態設置控制環路增益

圖3顯示控制此函數的界面。圖中用藍色表示輸出電壓在經歷由高至低的負載瞬變后的典型行為。可以看出,穩壓器輸出端的電壓響應通常會出現過沖。當輸出電壓超過某些閾值時,可以通過簡單增加控制環路增益來最大程度降低過沖。

在圖3的示例中,設置的標稱輸出電壓為12 V。可調控制環路增益可以設置為多個值,具體由輸出電壓決定。例如,如果因為誤差放大器的增益增加,使得電壓升高至12．12 V以上,則可以在對應的下拉菜單中設置控制環路。還有三個其他的電壓閾值高于12．12 V,可以使用獨立的增益設置。注意,這些增益設置與在設計穩壓環路時設置的極點和零完全無關。

通過可調、基于電壓的增益設置可以查找更快響應電壓過沖的控制環路設置,由此優化輸出電壓反饋控制的質量。注意,正常工作時,經優化的控制環路特性不會受到影響。可以使用數字控制器(例如ADI公司的ADP1055)在特定條件下(例如在經歷負載瞬變之后)動態調節控制環路,但在使用傳統的模擬控制環路時,則很難實施。

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。