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(多图) 高频超快速瞬态响应降压DC-DC转换器

Alan Elbanhawy?? AnalogicTech公司?? 2009年05月13日 ?? 收藏0

  研诺推出的AAT1130 SwitchReg是固定频率(在稳态运行期间)、电流模式的降压转换器,其独特的架构不仅改善了瞬态响应,同时允许采用微型无源LC滤波器元件。

  典型应用图见图1。

图1AAT1130的典型应用


  超快速瞬态响应

  图2描述了该器件生成的两个瞬态响应图。从图中可以看出,对于100mA到400mA的脉冲电流最大过冲为30mV,在2μs~3μs内电压可完全恢复到稳定状态,这从任何一个角度来看都是一个相当不错的结果。

图2AAT1130的负载瞬态响应


  图2(b)显示在从空载至满载的极端电流波动情况下,最大过冲和下冲大约为50mV。脉冲前沿的恢复时间为2μs ~ 3μs,脉冲后沿的恢复时间大约为10μs,这是一个非常好的性能参数。响应时间的不同是由于大电流和电感值共同作用的结果,此处控制回路逐渐将占空比降到最小,直到电感器上存储的能量耗尽,亦即后沿的恢复基本上是电感电流和电感值的函数,而不是控制回路参数的函数。

  功能描述

  通常情况下,对于小于1.2V输出电压的应用,建议采用1μH的电感和4.7μF的陶瓷电容(见表1)。对于固定输出电压型号,只需三个外部电源元件(CIN,COUT和L)。输出电压可利用外 部反馈电阻进行编程,变化范围可从0.6V~1.8V。也可在外部反馈上增加一个额外的前馈电容来提供更好的瞬态响应(见图1)。输入电压范围为2.7V~5.5V。转换器的效率也已经针对从零负载到500mA的全负载情况进行了优化。

  AAT1130功能框图见图3。

图3AAT1130功能框图


  控制回路

  AAT1130采用电流模式控制方案,可以采用非常高的开关频率。电流模式控制方案对于一个给定的输入电压来说可在一个固定的导通时间里运行。导通时间与输入电压呈反比变化,与输出电压呈正比变化,在稳态条件下这可给稳压器一个固定的开关频率。这允许使用非常小的外部电感和电容。小尺寸、低静态电流和自动转换到可变开关频率模式,使它成为了小型电池供电应用的理想选择。

  稳定性

  AAT1130无需额外的补偿元件来保证稳定性,唯一的要求就是选择合适的输出电容。电流模式控制通过控制电感电流来调节输出电压,从而简化了补偿。

  这接近于环路增益中的单极响应,即便由于LC滤波器存在一个复杂的极性对。因此,交叉频率近似为DC环路增益乘以单极。AAT1130 DC环路增益是60mΩ电流感应电阻的函数,由以下方程式决定。

  AAT1130 DC环路增益是60mΩ电流感应电阻的函数

  主导极点频率为:
  主导极点频率为

  因此交叉频率是:
  因此交叉频率是1
  因此交叉频率是2
  保持稳定性的唯一要求就是交叉频率要远远小于2.5MHz的开关频率。

  交叉频率可以是开关频率的一半或者1.25MHZ。因此可用下式计算输出电容。
  交叉频率可以是开关频率的一半或者1

  例如,给定VOUT=1.2V,那么COUT>4.24μF,因此4.7μF的电容是合适的。

  由于独特的控制方法,“内部”电流控制回路不存在固有的不稳定性,而这却困扰着大部分固定频率电流模式DC-DC调节器。

  软启动

  当AAT1130被使能后,它就进入了软启动模式。在这种模式下,输出电压以超过150μs的时间缓慢上升,从而允许输出电容在无需吸收过多输入电流的情况下进行充电。此特性可防止电池和其他输入电源的超载。

  电流限制

  AAT1130包含一个逐周期的电流限制功能,以防止自己和外部电路受到损害。该电流限制是谷底电流限制,采用N通道同步整流器来测量电流值。如果同步整流器电流高于谷底电流,那么AAT1130就一直打开同步整流器,直到电流值低于限制值为止。这就允许AAT1130即使在硬短路输出情况下也能将电流控制在电流限制值范围内。

  过热保护

  AAT1130具有热保护功能,当裸片温度超过安全水平时就自动关闭调节器。当裸片温度达到140℃时,启动热保护功能,但有15℃的滞后。

  设计步骤

  以下是使用AAT1130的详细设计步骤。该设计将包含以下几方面:输出滤波电感和电容、输入滤波电容、反馈电阻选择。

  PCB布局考虑

  由于AAT1130具有内部补偿电路,因此无需外部补偿电路,这就使得设计师可将节省下来的宝贵时间用于大型项目的其他方面,转换器只是其中很小的一部分。

  电感选择

  该降压转换器采用谷底电流模式控制和斜率补偿将占空比稳定地保持在50%以上。必须选择合适的输出电感值,以使得电感电流的下降斜率满足内部斜率补偿的要求。表1显示了针对各种不同的输出电压建议的电感值。

表1显示了针对各种不同的输出电压建议的电感值


  选择合适的电感

  制造商的规格同时列出了电感直流电流额定值和峰值电流额定值,前者是一个最大热量限制,后者由饱和特性决定。在正常的负载条件下,电感不应当显示出任何可察觉到的饱和现象。

  电感DCR和效率

  一些电感可能满足峰值电流额定值要求,但平均电流额定值会由于高DCR而导致过度的损耗。在选择电感时,永远记得考虑与DCR相关的损耗和它对整个转换器效率的影响。

  电容的选择


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超快瞬态响应? 降压DEDC? AAT1130?

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