电源环路测试笔记

本文主要参考德州仪器(Texas Instruments)技术文章,部分图也来自TI,侵删。

作为一个电源工程师,我们知道测试电源的波特图并且由此判断稳定性是非常重要的。一般来说,我们需要做到的是穿越频率在1/10-1/5开关频率,相位余量在45°以上。

网上找了一个环路稳定性判据的图,大家可以参考下:

电源环路稳定性评价指标

几个小小的结论:

  • 低频增益要大,中频要以-20dB穿越,高频增益要快速衰减。
  • 穿越频率大对应动态响应好。
  • 相位余量太小,输出容易震荡。
穿越频率22k,相位余量15°时的震荡

今天我们要简单分析的是小信号注入点的选择。讨论的原因是某次meeting上有人问我为什么注入点通常在2,而不可以是1/3/4?理解可能不够深入,有问题欢迎大家留言指正

buck拓扑及控制环路

假设我们在AB点注入小信号,根据戴维宁定理,往B点看可以等效为VCVS串联一个Z2阻抗网络,往A点看可以等效为Z1阻抗网络。

系统的环路增益T(s)=M(s)·Z1(s)/(Z1(s)+Z2(s)),由此可以得到M(s)=T(s)·(1+Z2(s)/Z1(s))

假设注入的小信号为Vinj,iZ1(s)=VA(s)/Z1(s),VB=-M(s)·VA(s)-Z2(s)/Z1(s)·VA(s),则Tmeasure(s)=-VB(s)/VA(s)=M(s)+Z2(s)/Z1(s)=T(s)·(1+Z2(s)/Z1(s))+Z2(s)/Z1(s)

因此,为了使我们的测量准确,必须使Z2(s)<<Z1(s).

在上述1/2/3/4点中,哪个点符合这个条件呢?

1点:从1点作为break点来看,往B点看阻抗是Mos管的内阻级别,大约是mΩ级别,往A点看是电感+电容的阻抗,会远大于mΩ级别,从阻抗上来看是符合的。但是1点是phase点,显然不适合。

2点:常用引入点。往B点看是电容的阻抗,往A点看是反馈电阻,一般为kΩ级别,显然满足Z2(s)<<Z1(s)。

3点:对交流小信号来讲,往B点看几乎是对地短路的,往A点看是高阻抗的反馈电阻,所以不符合要求。

4点:往B点看是运放输出点,可以看成内阻很小的电压源,往A点看是比较器输入端,阻抗几乎无穷大。所以满足Z2(s)<<Z1(s)。

综上,2/4点符合阻抗的要求。但是4点在有些时候是集成在controller内部的,所以不太方便,所以大家一般就是选择2点作为测量点了。

那4点有什么用?当补偿器在controller外部的时候,可以测量功率级传递函数的波特图,然后通过测量的结果计算出补偿网络的参数。