ZHCSQO1F June   2022  – January 2025 LM5177

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 引脚配置和功能
  6. 5 规格
    1. 5.1 绝对最大额定值
    2. 5.2 处理额定值
    3. 5.3 建议运行条件
    4. 5.4 热性能信息
    5. 5.5 电气特性
    6. 5.6 典型特性
  7. 6 参数测量信息
    1. 6.1 栅极驱动器上升时间和下降时间
    2. 6.2 栅极驱动器死区（转换）时间
  8. 7 详细说明
    1. 7.1 概述
    2. 7.2 功能方框图
    3. 7.3 特性说明
      1. 7.3.1  上电复位（POR 系统）
      2. 7.3.2  降压/升压控制方案
        1. 7.3.2.1 升压模式
        2. 7.3.2.2 降压模式
        3. 7.3.2.3 降压/升压模式
      3. 7.3.3  节能模式
      4. 7.3.4  电源电压选择 – VMAX 开关
      5. 7.3.5  使能和欠压锁定
      6. 7.3.6  振荡器频率选择
      7. 7.3.7  频率同步
      8. 7.3.8  电压调节环路
      9. 7.3.9  输出电压跟踪
      10. 7.3.10 斜率补偿
      11. 7.3.11 可配置软启动
      12. 7.3.12 峰值电流传感器
      13. 7.3.13 电流监控和电流限制控制环路
      14. 7.3.14 短路 - 断续保护
      15. 7.3.15 nFLT 引脚和保护
      16. 7.3.16 器件配置引脚
      17. 7.3.17 双随机展频 - DRSS
      18. 7.3.18 栅极驱动器
    4. 7.4 器件功能模式
  9. 8 应用和实施
    1. 8.1 应用信息
    2. 8.2 典型应用
      1. 8.2.1 设计要求
      2. 8.2.2 详细设计过程
        1. 8.2.2.1  使用 WEBENCH 工具创建定制设计方案
        2. 8.2.2.2  频率
        3. 8.2.2.3  反馈分压器
        4. 8.2.2.4  电感器和电流检测电阻器选型
        5. 8.2.2.5  斜率补偿
        6. 8.2.2.6  输出电容器
        7. 8.2.2.7  输入电容器
        8. 8.2.2.8  UVLO 分压器
        9. 8.2.2.9  软启动电容器
        10. 8.2.2.10 MOSFET QH1 和 QL1
        11. 8.2.2.11 MOSFET QH2 和 QL2
        12. 8.2.2.12 频率补偿
        13. 8.2.2.13 外部元件选型
      3. 8.2.3 应用曲线
  10. 9 电源相关建议
  11. 10布局
    1. 10.1 布局指南
      1. 10.1.1 功率级布局
      2. 10.1.2 栅极驱动器布局
      3. 10.1.3 控制器布局
    2. 10.2 布局示例
  12. 11器件和文档支持
    1. 11.1 器件支持
      1. 11.1.1 第三方产品免责声明
      2. 11.1.2 开发支持
        1. 11.1.2.1 使用 WEBENCH 工具创建定制设计方案
    2. 11.2 接收文档更新通知
    3. 11.3 支持资源
    4. 11.4 商标
    5. 11.5 静电放电警告
    6. 11.6 术语表
  13. 12修订历史记录
  14. 13机械、封装和可订购信息

8.2.2.12 频率补偿

本节介绍 LM5177 降压/升压控制器的控制环路补偿设计过程。LM5177 主要以降压或升压模式运行，由一个转换区域隔开，因此该控制环路设计需要同时考虑降压和升压工作模式。然后，根据从环路稳定性角度来看具有更严格限制的模式来最终选择补偿方式。通常，对于设计为同时深入降压和升压工作区域的转换器而言，由于升压模式下存在右半平面零点 (RHPZ)，升压补偿设计具有更严格的限制。

升压功率级输出极点位置由以下公式得出：

方程式 39. f p 1 ( boost ) =   1 2 π 2 R OUT ×   C OUT =   1 . 22   kHz

其中

  • ROUT = 2.0Ω 对应于 8.0A 的最大负载。

升压功率级 ESR 零点位置由以下公式得出：

方程式 40. f z 1 =   1 2 π 1 R ESR ×   C OUT =   61.2   kHz

升压功率级 RHP 零点位置由以下公式得出：

方程式 41. f RHP =   1 2 π R OUT × ( 1 - D MAX ) 2 L 1 =   24 . 87   kHz

其中

  • DMAX 是最小 VIN 时的最大占空比。

降压功率级输出极点位置由以下公式得出：

方程式 42. f p 1 ( buck ) =   1 2 π 1 R OUT ×   C OUT = 612   Hz

降压功率级 ESR 零点位置与升压功率级 ESR 零点相同。

根据方程式 43 可以明显看出，RHP 零点是限制可实现的带宽的主要因素。为了实现稳健的设计，交叉频率必须小于 RHP 零点频率的 1/3。给定 RHP 零点的位置后，升压运行模式下的合理目标带宽约为 5kHz：

方程式 43. f bw =   5   kHz

对于某些功率级，升压 RHP 零点的限制可能不那么严格，这种情况在升压最大占空比 (DMAX) 很小时发生，或者当使用非常小的电感器时发生。在这些情况下，应将 RHP 零点 (fRHP / 3) 施加的限制与开关频率的 1/20 进行比较，然后使用两个值中的较小者作为可实现的带宽。

补偿零点可设置为升压输出极点频率的 1.5 倍。请注意，这种情况下会使零点为降压输出极点频率的三倍，这样会在降压环路交叉之前产生大约 30 度的相位损耗，并在升压环路的中间频率下产生 15 度的相位损耗：

方程式 44. f ZC =   1 . 8   kHz

补偿增益电阻 Rc1 的计算公式为：

方程式 45. R C 1 =   2 π × f bw gm EA × R FB 1 + R FB 2 R FB 2 × A CS × R CS × C OUT 1 - D MAX × 1 1 + f bw f RHP 2 = 1.9   kΩ

其中

  • DMAX 是降压模式下最小 VIN 时的最大占空比。
  • ACS 是电流检测放大器增益。

然后，通过以下公式计算补偿电容 Cc1：

方程式 46. C C 1 =   1 2 π × f ZC ×   R c 1 =   45.8 nF

补偿元件标准值选取为 Rc1 = 1.91kΩ、Cc1 = 47nF。

使用与 Rc1 和 Cc1 并联的电容器 (Cc2) 来确定高频极点 (fpc2) 的位置。将该极点的频率设置为 fbw 的 7 到 10 倍，以便衰减 COMP 上的开关纹波和噪声，同时避免在交叉频率下出现过多的相位损耗。对于目标 fpc2 = 6kHz，可以使用方程式 47 计算 Cc2：

方程式 47. C C 2 =   1 2 π × f pc 2 × R c 1 =   1 . 68   nF

为 Cc2 选择 1.8nF 的标准值。这些值为补偿设计提供了一个良好的起点。必须在实验室中对每个设计进行调优，以便在整个工作范围内的稳定性裕度和瞬态响应时间之间实现理想的平衡。