基于应用切换频率来评估内部补偿网络能力的系统设计-电子发烧友网

为降压稳压器设计补偿网络可能很繁琐，可能需要多次迭代才能优化解决方案。拥有优化的控制回路，可以在保持适当稳定性的同时实现快速瞬态响应，已成为一项重大挑战随着新应用程序的出现，例如ADAS和快速瞬态响应要求。为了解决这些问题，已经开发了带有内部补偿网络的降压调节器，以简化设计过程。尽管具有内部补偿网络的优势，但可用于调节/改善外部瞬态性能的旋钮却更少了。主要的挑战是如何评估内部补偿网络，以确保它们适合特定的应用。本文将提供有关如何评估内部薪酬网络的指导。

峰值电流模式降压稳压器

峰值电流模式（PCM）控制被广泛用作降压调节器的控制方法。与PCM控制电压模式（VM）控制相关的优势已经得到了公认。图1显示了PCM降压调节器的应用原理图和典型波特图。

图1：PCM降压稳压器原理图和波特图

图1中的两个功率级极点频率可以分别用公式（1）和公式（2）计算

典型的II类补偿网络

图2显示了典型的II型补偿网络。II型补偿为系统增加一个零（COMP-Z）和一个极点（COMP-P）。可以基于系统的无源分量来计算COMP-Z和COMP-P的频率（请参见图2，公式（6）和公式（7））。请注意，由于极点/零点引起的角度/相位和斜率/幅度都将以极点/零点频率的10％开始变化，并且将以极点/零点频率的10倍达到最大值。

图2：II型补偿网络和零极点位置

COMP-Z的频率可以用公式（6）计算：

关于降压稳压器的瞬态性能，有两个标准。一个是系统带宽（BW），第二个是系统相位裕量（PM）。带宽越高，瞬态响应越快。PM越高，系统越安静且越稳定。不幸的是，实际上增加BW会降低PM，反之亦然。这意味着在BW和PM之间需要权衡。为了在降压稳压器中具有适当的带宽以及可接受的PM和噪声水平，BW等于开关频率（fSW）的10％是合理的。

内部薪酬网络评估准则

基于上一节的讨论，我们假设可以使用公式（8）计算目标BW：

对于最大PM，补偿网络零（COMP-Z）需要在BW频率处提供最大的相位提升。理论上，由于零而引起的正相位在其频率的10倍时达到最大值。因此，将COMP-Z设置在带宽频率的10％到20％之间。该范围考虑了系统中的任何其他寄生效应。因此，可以用公式（9）计算COMP-Z频率和BW频率之间的关系：

为了在较高频率下适当衰减噪声，假设开关频率<1MHz ，则补偿器（COMP-P）的极点必须近似等于f SW / 2。如果开关频率> 1MHz，则COMP-P必须接近fSW/ 2与输出电容器ESR零之间的较低值，其由公式（5）估算。

需要考虑的重要实用技巧是，除非COUT是具有高ESR的电解，否则fSW/ 2具有主导作用，而COMP-P取决于该值。这使得可以用公式（10）估算COMP-P：

由于COMP-Z和COMP-P都是基于开关频率定义的，因此可以使用这两个方程式来提出第三个要求，即CCOMP和CHF之间的关系，并可以通过方程式（11）进行计算。）：

有了这三个基本要求，就可以根据应用的开关频率来评估内部补偿网络的性能。

开关频率可配置的零件

只要考虑两个关键点，类似的方法也可以应用于具有可配置开关频率的部件：

根据最小可配置开关频率设置COMP-Z。

根据最大可配置开关频率设置COMP-P。

基于最小可配置开关频率来设置COMP-Z，因为随着开关频率的增加，电感器的尺寸也会成比例地减小。当在PCM降压调节器功率级的第二极看，极点频率（ω（由式（2）表示）大号）随着电感（大号）减少。为ω大号增加，由此引起的磁极的相位延迟也从BW频率进一步推出。由该极引起的负相的减少导致系统整体相的增加，从而导致系统的PM的增加。

因此，如果基于最小可配置开关频率设置COMP-Z，则相位裕量（PM）将随着开关频率的增加而增加。

与COMP-Z不同，COMP-P频率是根据最大可配置开关频率设置的。如前所述，由于极点引起的幅度/角度以该极点频率的10％开始下降。假设基于最小开关频率设置了fCOMP-P。现在，如果将器件配置为以最大开关频率工作，则由于fCOMP-P（从0.1 xfCOMP-P开始生效）引起的相位减小将在其带宽内发生。不建议这样做，因为它在BW内放置了另一个杆。由于II型补偿网络中只有一个零，因此它无法补偿该极点。因此，必须根据器件的最大开关频率来设置COMP-P频率。

案例研究– MPQ4430

让我们实质性地探索这些原理。MPS的MPQ4330是一款36V，3.5A同步降压转换器，具有集成FET和集成补偿网络。图3显示了MPQ4430和内部补偿网络的典型应用原理图。开关频率通过FREQ引脚上的电阻设置。根据电阻值，这部分的开关频率范围可以在350kHz至2.5MHz之间。

图3：MPQ4430典型应用和内部补偿网络

由于开关频率在此部分是可配置的，因此必须遵循上一节中讨论的方法。必须基于最小开关频率350kHz来设置COMP-Z。

假设开关频率为350kHz，则目标BW将是开关频率的10％，即35kHz。现在，让我们基于补偿网络的无源分量来计算COMP-Z频率。在这一部分中，RCOMP和CCOMP分别为460kΩ和52pF。使用公式（6），得出fCOMP-Z为6.6kHz。根据公式（9），该值在4kHz至8kHz的可接受范围内，这意味着满足第一个要求。

接下来，对照公式（10）设置的要求检查COMP-P频率。再一次，由于开关频率在这部分是可配置的，因此可在公式（10）中考虑最大可配置的开关频率。考虑到最大开关频率为2.5MHz，必须将目标COMP-P频率（fCOMP-P）设置为接近fSW/ 2 = 2.5MHz / 2 = 1.25MHz。

对于这部分，RCOMP和CHF分别为460kΩ和0.2pF。这导致fCOMP-P为1.7MHz，足够接近1.25MHz目标。

最后，将CHF与CCOMP进行比较，以确保满足公式（11）设置的要求。在这部分中，CHF和CCOMP分别为0.2pF和52pF。因此，CHF约为CCOMP的0.3％。因此，也满足了CHF与CCOMP值（CHF<4％x C COMP）的要求。

不同开关频率下的MPQ4430波特图

图4显示了MPQ4430随开关频率（进而是电感值）的变化而进行的波特测量。