如何改善你的动态环路响应?

  DC-DC转换器通过反馈控制管理系统,将一直在变化的输入电压转换为(通常)固定的输出电压。反馈控制管理系统应尽可能保持稳定,以防止振荡,或者发生最糟糕的情况:输出未经调节的输出电压。控制管理系统的速度应尽可能快,以响应动态变化,例如快速输入电压变化或输出端的负载瞬态,并最大限度地减少调节后的输出电压偏差。为了表示控制环路的行为,能够正常的使用典型的Bode图来显示环路的相移和增益随频率的变化。此控制环路能够最终靠模拟或数字技术实现。

  有些数字电源提供控制环路优化,可以极快地对动态影响做出响应。图1为 ADP1055控制器IC的电路示例,该电路具有数字控制环路优化功能。数字控制器为设计人员提供诸多控制功能,有些甚至在运行期间也能够直接进行动态控制。图2展示了可通过ADP1055评估软件控制的各种ADP1055功能。

  非线性增益/响应函数提供了一项与控制环路相关的极为有趣的设置选项,该设置通过滤波器按钮访问。非线性增益/响应支持对控制环路实现动态,例如,在负载瞬变之后立即进行动态调整。电源在经历很大的负载瞬变之后,其输出电压通常在理想的整流电压值上下浮动。在仅采用模拟器件的控制环路中,选择控制环路和电源功率级器件,可以最大限度降低电压在大部分可预期情况下的浮动。数字可调控制环路(例如ADP1055中的一个特征)的优点是:可以即使调整环路的响应,以在差异甚大的各种情形下实现补偿。

  图3显示了控制此功能的界面。图中用蓝色曲线表示输出电压在经历由高至低的负载瞬变后的典型行为。能够准确的看出,稳压器输出端的电压响应通常会出现过冲。当输出电压超过某些阈值时,能够最终靠简单增加控制环路增益来最大限度减小过冲。

  在图3的示例中,设置的标称输出电压为12 V。可调控制环路增益可设为为多个值,具体由输出电压决定。例如,如果因为误差放大器的增益增加,使得电压升高至12.12 V以上,则可以在对应的下拉菜单中设置控制环路。还有三个其他的电压阈值高于12.12 V,能够正常的使用独立的增益设置。注意,这些增益设置与在设计稳压环路时设置的极点和零点完全无关。

  通过可调、基于电压的增益设置可以查找更快响应电压过冲的控制环路设置,由此优化输出电压反馈控制的质量。注意,正常工作时,经优化的控制环路特性不会受一定的影响。能够正常的使用数字控制器(例如ADP1055)在特定条件下(例如在经历负载瞬变之后)动态调节控制环路,但采用传统的模拟控制环路时则很难实现。