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用不到5秒的时间设计出输出阻抗完全平坦的电压调节器模块

Steve Sandler?? 2015年10月28日 ?? 收藏2

实际局限性

应对这些局限性的设计过程非常简单:

1.确定要求的输出阻抗和有效串联电阻(ESR),并选择电容;

2.确定功率级跨导(通常根据电流极限、RDSon或DCR);

3.确定误差放大器增益和极点频率;

4.确定输出电感;

5.确定电流模式仿真设计时的斜坡电容,或标准电流模式控制下的斜率补偿;

6.测量输出阻抗,必要时进行微调。

我们已经确定,VRM要求70的跨导以提供14mΩ的阻抗。第一个问题是控制环路带宽不能是无限的,因此必须限制为一个实际的带宽。为了避免在开关频率附近发生奇怪的行为,该频率的实际限值是开关频率的1/10至1/6。在超出这个带宽时,电容控制阻抗,因此电容的等效串联电阻(ESR)等于目标阻抗,我们这个例子中为14mΩ。

输出电容

开关频率明显是折中的结果,因为更高的开关频率可以导致更小的电容和电感,但也会导致更高的损耗。电容阻抗被设为取得单位增益带宽,因此交越频率点的电容电抗和跨导的乘积必须等于单位1。

图6

由于我们已经确定,跨导是目标阻抗的倒数,因此我们可以将交越频率设在开关频率的1/10和1/6之间。

图7

为了方便起见,保留评估板上已经使用的250kHz设置。由于想要的目标阻抗是14mΩ,所以要求的总电容在270uF和450uF之间,等效串联电阻(ESR)应接近14mΩ。最终我们选择了单个330uF/15mΩ电容(KEMET T520D337M006ATE015)。根据公式3计算交越频率的结果大约为35kHz,正好在开关频率的1/10和1/6之间。

功率级

总跨导是误差放大器增益和功率级跨导的乘积。功率级跨导通常根据确立的电流极限确定。在一些实现中,MOSFET的RDSon或输出电感的DCR被用来检测电流,在这种情况下这些特性定义了功率级跨导。

LM25116评估板的功率级跨导由10mΩ的电流检测电阻(R11)和电流检测放大器增益(10)设定,并满足10A的电流极限。最终的功率级跨导等于:

图8

这是测量有好处的地方之一,因为这些低值电流检测电阻并不总是表里如一的。使用四线欧姆表测量到的R11在线电阻约为12mΩ,导致功率级跨导减小为8.3。通过测量作为负载电流函数的误差放大器输出电压可以验证实际的跨导。图3显示了测量结果和拟合的趋势线。注意电流极限由于这个增加的电阻而稍低于10A,但为了方便起见仍保留了这个电阻,因为更换电阻有点困难。

图3:在评估板上测量得到的误差放大器输出电压与输出电流关系。曲线拟合趋势线指示跨导为8.6,接近于用四线欧姆计获得的值。
图3:在评估板上测量得到的误差放大器输出电压与输出电流关系。曲线拟合趋势线指示跨导为8.6,接近于用四线欧姆计获得的值。

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《电子技术设计》11月刊版权所有,谢绝转载。


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电压调节器? 电源?

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