深入淺出Buck變換器反饋電阻作用
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其中VREF是芯片內(nèi)部基準電壓(本例中為0.6V)。
影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)
為了實現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾能力,Buck變換器除了主功率部分以外,還會有相應(yīng)的負反饋控制電路,補償網(wǎng)絡(luò)是反饋控制電路的一部分。補償網(wǎng)絡(luò)的加入可以提高環(huán)路的低頻增益,從而提高抗干擾能力;同時補償網(wǎng)路使系統(tǒng)擁有足夠的相位裕度,從而保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài),不會振蕩。圖2中黃色框內(nèi)的部分就是補償網(wǎng)絡(luò)部分,補償網(wǎng)絡(luò)中包括 R1,C1,C2和Rf1(注:Rf2在環(huán)路分析中不起作用),補償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可以表示為:
從上式可以看出補償網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了兩個極點,其中一個極點在0點,另一個極點為
,
同時還產(chǎn)生了一個零點
,
在mathcad中做出Gc(s)的幅頻特性和相頻特性,如圖3和圖4所示,Rf1在補償網(wǎng)絡(luò)中的作用是改變中頻段增益,對補償網(wǎng)絡(luò)中的零極點不會有影響,在圖3和圖4中的表現(xiàn)就是隨著Rf1的改變,補償網(wǎng)絡(luò)Gc(s)的幅頻特性上下平移,相頻特性不變。


因此,當補償網(wǎng)絡(luò)進入系統(tǒng)環(huán)路之后,Rf1的作用是使環(huán)路增益的幅頻特性上下平移,同時環(huán)路增益的相頻特性保持不變。


圖5和圖6是用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行AP3406環(huán)路增益測試的結(jié)果。由圖可以看出,當Rf1從300k變化到470k,再變化到750k,系統(tǒng)的環(huán)路增益的幅頻特性不斷向下移動,同時相頻特性基本不變。于是系統(tǒng)的帶寬和相位裕度都有較大改變,測試結(jié)果如表1所示。

系統(tǒng)的帶寬是影響系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的重要因素,相位裕度是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。如果選擇不同的Rf1,系統(tǒng)的帶寬和相位裕度會產(chǎn)生變化,也就是動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性會發(fā)生變化。具體以表1來分析,當Rf1從300k變到750k,系統(tǒng)地帶寬從51.1kHz變到26.1kHz,因此系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)會相應(yīng)的變差,而由于相位裕度都是足夠的,因此系統(tǒng)都處于穩(wěn)定工作的狀態(tài)。圖7和圖8是做負載切換的動態(tài)響應(yīng)測試結(jié)果,從測試結(jié)果可以看出環(huán)路響應(yīng)速度變慢,導(dǎo)致輸出電壓過沖變大,動態(tài)響應(yīng)效果變差。


從以上分析可以看出,選擇合適的反饋電阻Rf1和Rf2對AP3406及同類補償結(jié)構(gòu)的Buck變換器有很重要的作用。選擇反饋電阻時,不能只考慮穩(wěn)態(tài)時,輸出電壓是否符合要求,還應(yīng)該考慮,反饋電阻對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)的影響。

影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)
為了實現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾能力,Buck變換器除了主功率部分以外,還會有相應(yīng)的負反饋控制電路,補償網(wǎng)絡(luò)是反饋控制電路的一部分。補償網(wǎng)絡(luò)的加入可以提高環(huán)路的低頻增益,從而提高抗干擾能力;同時補償網(wǎng)路使系統(tǒng)擁有足夠的相位裕度,從而保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài),不會振蕩。圖2中黃色框內(nèi)的部分就是補償網(wǎng)絡(luò)部分,補償網(wǎng)絡(luò)中包括 R1,C1,C2和Rf1(注:Rf2在環(huán)路分析中不起作用),補償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可以表示為:

從上式可以看出補償網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了兩個極點,其中一個極點在0點,另一個極點為

同時還產(chǎn)生了一個零點

在mathcad中做出Gc(s)的幅頻特性和相頻特性,如圖3和圖4所示,Rf1在補償網(wǎng)絡(luò)中的作用是改變中頻段增益,對補償網(wǎng)絡(luò)中的零極點不會有影響,在圖3和圖4中的表現(xiàn)就是隨著Rf1的改變,補償網(wǎng)絡(luò)Gc(s)的幅頻特性上下平移,相頻特性不變。

圖3 補償網(wǎng)絡(luò)幅頻特性

圖4 補償網(wǎng)絡(luò)相頻特性
因此,當補償網(wǎng)絡(luò)進入系統(tǒng)環(huán)路之后,Rf1的作用是使環(huán)路增益的幅頻特性上下平移,同時環(huán)路增益的相頻特性保持不變。

圖5 Buck變換器環(huán)路增益測試結(jié)果1

圖6 Buck變換器環(huán)路增益測試結(jié)果2
圖5和圖6是用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行AP3406環(huán)路增益測試的結(jié)果。由圖可以看出,當Rf1從300k變化到470k,再變化到750k,系統(tǒng)的環(huán)路增益的幅頻特性不斷向下移動,同時相頻特性基本不變。于是系統(tǒng)的帶寬和相位裕度都有較大改變,測試結(jié)果如表1所示。

表1 AP3406環(huán)路增益測試結(jié)果
系統(tǒng)的帶寬是影響系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的重要因素,相位裕度是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。如果選擇不同的Rf1,系統(tǒng)的帶寬和相位裕度會產(chǎn)生變化,也就是動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性會發(fā)生變化。具體以表1來分析,當Rf1從300k變到750k,系統(tǒng)地帶寬從51.1kHz變到26.1kHz,因此系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)會相應(yīng)的變差,而由于相位裕度都是足夠的,因此系統(tǒng)都處于穩(wěn)定工作的狀態(tài)。圖7和圖8是做負載切換的動態(tài)響應(yīng)測試結(jié)果,從測試結(jié)果可以看出環(huán)路響應(yīng)速度變慢,導(dǎo)致輸出電壓過沖變大,動態(tài)響應(yīng)效果變差。

圖7 動態(tài)響應(yīng)測試結(jié)果(Rf1=300k)

圖8 動態(tài)響應(yīng)測試結(jié)果(Rf1=750k)
從以上分析可以看出,選擇合適的反饋電阻Rf1和Rf2對AP3406及同類補償結(jié)構(gòu)的Buck變換器有很重要的作用。選擇反饋電阻時,不能只考慮穩(wěn)態(tài)時,輸出電壓是否符合要求,還應(yīng)該考慮,反饋電阻對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)的影響。
關(guān)鍵詞:
BUCK變換器
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水方 | 2020-12-17
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