改善動態迴路反應

作者 : Frederik Dostal,ADI現場應用工程師

回授控制系統應盡可能穩定,藉以避免波動,或是出現輸出電壓未受調節的最糟狀況。此外,控制系統的速度也應越快越好...

直流對直流轉換器透過回授控制系統將變動輸入電壓調節成(通常為)固定的輸出電壓。回授控制系統應盡可能穩定,藉以避免波動,或是出現輸出電壓未受調節的最糟狀況。此外,控制系統的速度也應越快越好,以回應各種動態變化,像是輸入電壓快速變化,或是輸出端出現負載瞬變,並將調節後輸出電壓的偏差減至最低。為顯示控制迴路的行為,業界一般會用波特(Bode)圖來顯示相位移,以及呈頻率函數關係的迴路增益。這種控制迴路可透過類比或數位技術進行建置。

 

圖1:全橋式應用中的ADP1055 數位切換調節器。

 

有些數位電源供應器提供控制迴路的最佳化,能快速對動態影響做出反應。圖1顯示的電路例子內含一個ADP1055控制器IC,這顆IC即納入數位控制迴路的最佳化。數位控制器帶給研發業者多不勝數的控制功能,有些甚至是動態控制──能在運作時啟用。圖2顯示許多ADP1055功能可透過ADP1055評測軟體加以控制。

 

圖2:數位電源供應器讓研發業者能透過圖形介面輕易控制各項參數。

 

其中一項特別有意思的設定選項,涉及控制迴路,係由Nonlinear Gain/Response非線性增益/反應功能提供,透過Filter按鈕即可找到這項設定。非線性增益/反應讓使用者能動態調整控制迴路,舉例來說,在負載瞬變後立即進行控制。

當電源供應器遇到大幅度負載瞬變,輸出電壓通常會在高於或低於理想調節值的範圍上下震盪波動。而在純類比控制迴路中,則是藉由選用適合的控制迴路的元件以及電源供應器電壓級(stage),希望在大多數預期出現狀況中盡量壓低這些波動。在內含ADP1055這類數位調節控制迴路的優點,就是可立即調整迴路的反應,藉以對大幅變動的狀況進行補償。

 

圖3:根據輸出電壓狀態設定控制迴路增益。

 

圖3顯示控制這項功能的介面。圖中的藍線代表在高至低負載瞬變之後,典型的輸出電壓行為。調節器輸出端的電壓反應通常是過壓,如圖中所示。要將過壓降至最低,可在輸出電壓超越門檻時短暫提高控制迴路的增益。

在圖3的例子中,輸出電壓通常設定為12V。可調整控制迴路增益,可根據輸出電壓設定成多個值。舉例來說,如果因為誤差放大器的增益升高,導致電壓升高到超過12.12V,則可在相對應的下拉式選單中設定控制迴路。另外還有三個高於12.12V的電壓門檻可套用單獨的增益設定。注意到這些增益設定和極點與零點完全獨立,極點與零點是在設計調節迴路時進行設定。

與電壓獨立的可調節增益設定方面,使用者可以搜尋各項搜尋迴路設定,這些設定對各種過壓狀況提供更快的反應。如此即可對輸出電壓回授控制的品質加以最佳化。注意到對於正常運作狀況,最佳化的控制迴路特性不受影響。像是在負載瞬變之後這類特定狀況,控制迴路的動態調整,可採用像ADP1055這類數位控制器,因若是選用傳統類比控制迴路則很難實作。

 

本文由ADI供稿

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