无法接触顶部反馈电阻时的环路响应测量方案

来源:易游体育app    发布时间:2026-01-07 03:54:20

  本文将详细的介绍在没有明显注入点(即无法接触或缺少顶部反馈电阻)的情况下,如何测量电源的环路响应。这种情况存在两种情形:电源模块内部的顶部反馈电阻无法接触,或者电源模块使用输出检测引脚,而没有顶部反馈电阻。

  为使电源稳定,需要一定的增益和相位裕量。通常,电源若具有至少45°的相位裕量和至少10 dB的增益裕量,便可视为稳定。为了测量这些值,通常要在VOUT节点和顶部反馈电阻之间插入一个小电阻,然后在这个增加的电阻两头施加一个扰动信号,并在期望的频率范围内测量环路响应。若用户能够接触到顶部反馈电阻,这种常规方法会很简便,因此很常用。

  但是,若用户无法接触模塑模块内的顶部反馈电阻,该如何测量环路响应?如果器件不需要顶部反馈电阻,而是使用输出电压检测引脚,又该如何测量环路响应?对于这两个问题,通过比较常规测量方法和新型测量方法的环路响应波特图,能给出解答。

  如图1所示,测量环路响应的常规方法是在VOUT节点和顶部反馈电阻之间插入一个小值电阻。只有用户都能够接触到顶部反馈电阻时,才能用这种方法。

  许多电源模块的顶部反馈电阻位于电源封装内部,无法接触。若将顶部反馈电阻硬连线到VOUT节点,则输出电压绝不会超过反馈电阻分压器设定的电压。如果顶部反馈电阻不是硬连线,在降压型稳压器中,一旦该电阻连接不当或出现故障,则VOUT节点电压可能会升高到与输入电压一样高。ADI公司的许多µModule®器件都将顶部反馈电阻模塑在模块内部,以提供额外的保护。但这样一来,便无法用常规方法测量环路响应。图2显示了LTM8074及其无法接触的顶部反馈电阻。

  另一种特殊情况是模块使用输出电压检测引脚(VOSNS)来调节VOUT电压。如图3中的简化框图所示,由于该设置使用基准电流源,而不是通常的基准电压源,因此没有顶部反馈电阻。LTM4702使用该基准电流电路来调节输出电压。

  如果没有很好的方法测量电源的环路响应,就必须完全依靠系统的瞬态响应来确定稳定性。瞬态响应测试用于检查在VOUT节点施加负载阶跃时VOUT的电压响应。瞬态响应示例如图4所示。根据波形,经过测量从施加负载阶跃到输出电压开始恢复的时间,可以估算带宽(ƒBW)。控制环路的带宽等于该恢复时间(tr)与Π乘积的倒数。在此示例中,恢复时间约为4 µs,带宽为80 kHz。

  此外,通过观察波形的形状也可以评估系统的稳定性。如果在波形中看到振铃(绿色响应曲线),则表示系统具有欠阻尼响应。这在某种程度上预示着系统可能不稳定,相位裕量较低。但相位裕量有多低呢?

  如果波形的恢复时间相当长,则可以认为系统具有过阻尼响应(蓝色响应曲线)。系统输出电压的恢复时间可能比预期时间要长得多。由于电压下降持续时间超过预期,下游电路可能会受到影响。

  虽然通过瞬态响应能了解有关系统环路响应的一些信息,但确切的相位裕量和增益裕量只可以通过测量来确定。

  对于使用输出电压检测引脚的情形,环路响应测量与常规测量方法类似。只需在VOUT节点和VOSNS引脚之间放置一个小值电阻即可。如图3所示,将扰动信号施加于该电阻,然后测量环路响应。

  对于顶部反馈电阻位于模块内部而无法接触的情形,采用新型环路测量技术时需要格外小心。如图5所示,一定得安装一个并联电阻分压网络,并将扰动信号置于底部反馈电阻和地之间插入的电阻上。务必使并联电阻分压网络尽可能靠近反馈电阻网络,以最好能够降低误差。

  在R2和地之间插入20 Ω RPERT电阻。将扰动信号施加于RPERT。

  重新构建包括前馈电容和电容CM的并联电阻分压网络,以消除扰动信号带来的附加电容的影响。见注释2。

  选择R4,使得R2比R4大40到100倍。这样,由R2和R3组成的电阻网络将在反馈环路的测量中起主导作用。

  如果无法可靠地测量扰动信号的寄生电容,能够最终靠迭代试验的方式,凭借经验确定CM电容。

  借助这种新型测量方法,用户现在无需接触顶部反馈电阻即可确定环路响应。用户不再需要用带宽有限且误差较大的低效方法,也不必仅依赖负载瞬态响应来评估环路稳定性。

  Henry Zhang,“应用笔记149:开关模式电源的模型和环路补偿设计”,凌力尔特,2015年1月。

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