ZHCABN1 March   2022 TPS62933

 

  1.   摘要
  2.   商标
  3. 1引言
  4. 2高输出电压内部补偿 PCM 降压转换器的 Cff
  5. 3Cff 对环路的影响
  6. 4Cff 的选择方法
  7. 5TPS62933 的实验验证
  8. 6总结
  9. 7参考文献
  10.   A 所提方法的验证结果

高输出电压内部补偿 PCM 降压转换器的 Cff

《峰值电流模式降压转换器设计中的环路响应考量》介绍了 PCM 降压转换器的环路响应模型,如 图 2-1 所示。PCM 转换器的初始环路增益斜率为 0,在初始极点频率 fP1_EA 处,斜率由 0 变为 –20dB/dec。在极点 fP_OUT 处,环路增益斜率变为 –40dB/dec。由零点 fZ_EA 补偿之后,增益斜率变为 –20dB/dec,增益曲线以斜率 –20dB/dec 与 0dB 相交,该斜率通常可使转换器具有足够相位裕度。

TPS62933 具有内部补偿,fP1_EA、fZ_EA 和 fP2_EA 是由内部补偿所产生极点和零点的频率,其固定值如 Equation1 所示:

Equation1.
图 2-1 PCM 降压转换器开环响应波特图

直流增益 Adc 与输出电流相关。TPS62933的Adc 可表示为:

Equation2.

fP_OUT 是输出电容和负载所形成极点的频率,可表示为:

Equation3.

Adc 和 fP_OUT 的表达式分别包含输出电流 Iout 和负载电阻 RO

对于负载电阻 RO 为固定值的应用,当输出电压增大时,输出电流随之增大,而直流增益 Adc 则减小。如 图 2-2 所示,带宽会因此而减小。如果零点 fZ_EA 超出带宽范围,增益交叉频率处的增益斜率就会变为 –40dB/decade,并可能导致相位裕度不足。

图 2-2 负载电阻 RO 为固定值时的 TPS62933 环路增益:(a) 低 VO,相交斜率为 –20dB/dec;(b) 高 VO,相交斜率为 –40dB/dec

对于输出电流 Iout 为固定值的转换器,等效输出电阻 RO 随输出电压的增大而增大,从而减小 Equation3 中的频率 fP_OUT。如 图 2-3 所示,这会造成带宽减小,还可能导致所补偿零点 fZ_EA 超出带宽范围。增益交叉频率处的增益斜率也会变为 –40dB/decade,可能导致相位裕度不足。

图 2-3 输出电流 Iout 恒定时的 TPS62933 环路增益:(a) 低 Vo,相交斜率为 –20dB/dec;(b) 高 Vo,相交斜率为 –40dB/dec

最重要的是,增加输出电压容易导致内部峰值电流模式转换器不稳定,因此很难设计高输出电压应用。

由于极点频率 fP_OUT 与输出电容 Co 成反比,因此,减小 Co 有助于增大频率 fP_OUT,使得零点 fZ_EA 再次处于带宽范围内,产生足够相位裕度。与第 I 部分中通过 Equation4 得出的输出电容范围一样,可通过增大输出电压 VO 来减小最大输出电容,从而保持稳定性。但是,减小输出电容有很多副作用,比如降低瞬态性能、增大纹波、增加噪声。

Equation4.

该分析证明,在高电压应用中,内部补偿 PCM 降压转换器的性能与稳定性之间存在矛盾。在这种情况下,添加前馈电容器 (Cff) 有助于解决问题。