优化功率转换器控制环路的三个选项

Frederik Dostal

几乎每个电源都有一个控制环路，以将输出电压保持在恒定值。在电源设计中，目的是优化控制环路，以便在输入电压或负载瞬变波动时，受控输出电压与设定点的偏差最小化。这里的一个重要关系是输出电容的大小与开关稳压器IC的响应速度的关系。如果环路的响应特别快，则可以使用较小的输出电容，同时将输出电压保持在允许范围内。因此，优化开关稳压器的响应速度可降低系统成本并降低电路空间要求，因为可以使用更小的输出电容。

大多数开关稳压器IC都有一个补偿引脚，通常称为ITH或VC，用于控制回路调整。通过巧妙地选择电容和电阻，可以在控制回路的传递函数中添加极点和零点，以确保最佳动态性能和高控制回路稳定性。但是，这些补偿组件是如何选择的呢？

为此可以采取三种方法。

1） 使用数据表中的数据手动计算：

第一种方法使用开关稳压器IC数据手册中的计算公式。考虑到一个选定的功率级，提出了一个稳定概念。图 1 示出了一款具有相应 ITH 引脚和合适补偿组件的 LTC3311 IC。

图1.具有一个 ITH 引脚的 LTC3311 开关稳压器 IC，用于调节控制环路速度和稳定性。

图2.LTpowerCAD用于选择补偿组件和控制环路的优化。

2） 使用设计工具：

找到合适传递函数设置的第二种方法是使用LTpowerCAD等设计工具来计算外部元件。这种方法提供了对控制环路响应的更多见解。图2显示了LTpowerCAD用户界面，其中以波特图形式显示了控制环路的图形表示，以及时域中输出电压对负载瞬变的响应。ITH设置值可以舒适地变化，并且可以使用此方法找到最佳设置。

歌德有句话：“所有的理论都是灰色的。在实践中，在开发过渡到批量生产之前，应该考虑和检查寄生组件。将已选择的补偿元件连接到ITH引脚，并进行负载瞬态测试，以检查V处的电压是否变化外是否在允许范围内，电压转换器是否稳定工作。

此硬件测试仅检查一个设置选项以进行补偿。但是，可以使用稍作修改的值来优化设置。为了找到这一点，必须在硬件上进行各种焊接工作，因为必须使用新值更改外部组件以找到最佳的补偿组件组合。

图3.使用ADI公司的LB013A板优化补偿元件。

3） 优雅的方法 — 使用预配置的 RC 网络：

图3显示了使用预配置RC网络解决此问题的第三种优雅方法。ADI公司的LB013A板是一种小型电路板，在其上实现了简单的可切换和可调RC网络。总电容和电阻值可以通过驱动小开关和旋转电位计来改变。无需费力地焊接补偿模块，并且可以在负载瞬态测试期间实时优化补偿设置。

通过这三种优化开关稳压器补偿的方法，可以补偿任何电源。

审核编辑：郭婷