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電源設計小貼士：改善負載瞬態響應

鉅大鋰電  |  點擊量：0次  |  2019年11月08日  

這篇《電源設計小貼士》是《電源設計小貼士23》的后續文章。它著重介紹如何使用TL431分路穩壓器關閉隔離電源的反饋環路。本文章討論了一種擴展電源控制環路帶寬以改善瞬態負載及線路響應的方法。您可能必須要參考原文來繼續這一討論。功率級是一個帶電容輸出濾波器和單極衰減的電流模式控制反饋電路。圖1顯示了該控制環路的結構圖，該圖已得到極大的簡化。在左側模塊中，誤差放大器由一個帶起點極的積分電路響應代表。在右側模塊中，光耦合器增益和電流模式控制電路已被組合為一個簡單的K2增益，以及一個由負載電阻(R)和輸出電容(C)設置的極。



圖1大大簡化的控制結構圖顯示了兩個環路


結構圖中共有兩條反饋通路：一條通過積分器，其輸出與參考電壓比較；另一條將積分電路輸出與輸出電壓比較。模塊的頻率響應顯示在圖2中。藍色曲線代表功率級響應，您可能沒有足夠多的修改靈活性。負載電阻由輸出電壓和電流設置，而濾波器電容取決于噪聲要求、開關頻率和瞬態負載要求。


在電源的光耦合器和電流模式控制部分，您的確可以通過增益實現一定的控制。紅色曲線是輸出電壓到功率級輸入的響應。利用補償積分電路，在對電源進行補償的程度方面您會受到一定的限制。在高頻率下，Vout到功率級輸入的增益等于1。您唯一的選擇是在哪里放置零。其由積分電路變為1的位置決定。圖2中，補償零與總單極衰減的功率級極一致。請注意，由于補償增益為1，因此電源的交叉頻率由功率級本身的0dB交叉設置。



圖2連接誤差放大器為一個1型積分電路限制帶寬


很多時候，積分電路并不會為要求瞬態響應提供充足的帶寬。一種簡單的改進方法是將1型誤差放大器布局轉變為2型。2型增加了一個與積分電容串聯的電阻，之后增加一個并聯高頻電容，以用于二極、一零頻率響應。圖3顯示了2型放大器的更新頻率響應。這種情況下，首個零時我們并沒有被限于0dB增益，并且我們還可以設置10dB增益。這樣就允許將交叉頻率（兩條曲線的和等于0dB）從2kHz增加到6kHz。另外，需要注意更高頻率特性。我們在交叉頻率以上放置了一個極，以降低電源的噪聲敏感度。正如簡單積分電路中一樣，通過補償部分的增益絕不會降低至0dB以下。



圖32型補償器提高了帶寬


由2型誤差放大器實現的更高交叉頻率改善了瞬態負載響應。圖4顯示了利用兩種具有圖2-3所示頻率響應特性的設計帶來的改善狀況。電路在p-Spice中得到仿真，并且兩個電路均使用同樣的負載階躍。如我們預料的一樣，3到1的帶寬提高轉換為3到1的輸出電壓波動減小。



圖42型誤差放大器產生3到1瞬態階躍負載的改善狀況


下次，我們將討論高頻導體的電流分布，敬請期待。


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