【第七回】元芳,你对此电路有何看法?

元芳:大人,听说玉渊潭的樱花开的正好,不知大人要不要带我等同去观玩一番?
 
狄:元芳,还是先把前日问题说完。樱花明年还会带开,先练就一身本领,明年樱花更艳……
 
元芳:大人……
 
狄:照数据手册推荐,高于500Hz使用III型反馈网络,即反馈电阻高端并电容Cff。此电容会引入一个较小的零点,后面跟随一个稍高的极点,引入总相位抵销,但幅度会有提升,因此能使交叉频率后移。交叉频率后移可以使系统具有更快的响应速度,更好应对系统突发电流变化。
 
元芳:那具体能后移多少呢?
 
狄:幅度提升大小主要取决于Z2到P2的距离(该距离主要受R1、R2比值限制,即受输出电压和参考电压比值的限制,此比值很小时,幅度提升效果较差)。因为交叉频率推荐使用fc/10,即100KHz,如果不使用Cff则往往难达到预期。
 
元芳:那,大人,这些零极点到底该如何放置呢?
 
狄:零极点总的补偿原则是:Z1、P1由负载和滤波电容决定;Z3取P1或稍靠前;P4取交叉频率2倍以上;Z2取低于启动时间倒数对应频率,P2由Z2和输出电压决定;P3在原点处,放置时不考虑。
 
元芳:原来如此!一旦知道各零极点担负职责,就能确定出其位置,然后就可以找一个突破口,计算出所有器件的参数!
 
狄:正是!整体思路是:

 


 

 

 

(1)确定开关频率1MHz。
 
(2)确定交叉频率100KHz ~ 200KHz,暂时取100KHz,后面视情况进行微调。
 
(3)负载为1欧,3.3V共两个10uF瓷片电容,其他小电容忽略。由此确定Z1在3.2MHz(此频点由电容类型决定,高于开关频率,由板级小电容负责此频段滤波,故不予考虑),P1在8KHz。
 
(4)按交叉频率处增益为0dB,求出RC。具体公式参考数据手册,求得RC=9.66K,取10K。
 
(5)由P1确定Z3,然后再由RC算出CC。求得CC为2nF,取2.2nF。
 
(6)根据系统要求,上电软启动时间取940us,倒数对应的频率为1.06K。
 
(7)Z2对应的频率应低于1.06K,R1取推荐值40.2K,则计算出Cff大于3.7nF,取4.7nF。
 
(8)P4所在频率应高于200K,由RC为10K,可得,CROLL应小于80pF。该极点是用于滤除COMPx网络线上的高频干扰。因为我们的PCB走线很短,而且为多层板,耦合干扰会很小,而P4越靠近交叉频率就会导致幅度和相位裕量减少,所以这里仅取22pF。
 
(9)最终为与其他器件统一,减少BOM种类,RC更换为12.7K,这会导致交叉频率向高频方向有偏移,但仍满足要求。
 
元芳:大人,经大人一翻演示,元芳豁然开朗!原来电路果真是设计出来的,而非照抄!
 
狄:嗯,名士谋于未然,止患于前,遇问题时方见优劣。元芳,你且按此参数调整电路,然后再去做一次仿真!
 
元芳:好!(直奔西厢,顷刻即出)
 
元芳:大人,按您所算,调整参数后,仿真得到交叉频率112KHz,相位裕量37.1度,增益裕量12dB。满足稳定性要求。
 
狄:元芳,你按照如上参数重新更换板上器件,测一下实际输出看是否正常。
 
元芳:好!我马上去!
 
(盏茶工夫,元芳捧着一份测试结果来找狄大人)
 
元芳:大人,1.2V电源上的振荡果然不在了,不过,有一个80us间隔的波动,峰值达到35mV,您看这是怎么回事?

 

 

 

狄:嗯,这个波动是由于系统周期性处理事务导致的。因为系统中的DSP和CPLD都是以80us行周期进行运算操作,所以会有周期性的电量需求变化,这会导致电压波动,按芯片要求,低于5%即60mV便可满足系统需求,这里35mV跌落属正常现象。如果可以在后端再加一些1uF小电容进行退耦。
 
元芳:原来如此。
 
狄:我们再看之前240mV峰峰的振荡信号已经看不到踪迹,整体纹波已经达到mV级别,单从波形看效果十分良好!
 
元芳:可这样是否就说明电源足够稳定了呢?
 
狄:这点比较遗憾,我们暂时只能通过仿真来推断系统具有良好的稳定性!但如果真的要确定其稳定性的话需要切断反馈环路,利用网络分析仪来测量其真实幅频、相频特性。因为我们无此设备,故只能利用仿真推断。如果今后得此设备,你可参照我们的仿真电路来核对我等推断。但往往仿真与计算一致时,实际情况也会与其一致。

 


 

元芳:元芳明白了。这个案子如此也算结了,待元芳回去再温习一下,理清来龙去脉,等真正吸收其精髓,它日再遇此难题也定不会手足无措。

 

永不止步步 发表于09-19 11:23 浏览65535次
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