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TurboTrans™ 技术：使用一个电阻可显着提高瞬态性能并减小电源尺寸的解决方案

时间：2021-11-24 15:16:44

关键字： TurboTrans 电源性能

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[导读]不断发展的技术需要更小、模块化、性能驱动的解决方案。电源模块有助于缩小解决方案尺寸和电路板空间要求，但会降低设计灵活性。虽然电源模块减小了解决方案的尺寸，但还进一步推动了改进瞬态响应。

1、前言

不断发展的技术需要更小、模块化、性能驱动的解决方案。电源模块有助于缩小解决方案尺寸和电路板空间要求，但会降低设计灵活性。虽然电源模块减小了解决方案的尺寸，但还进一步推动了改进瞬态响应。许多较新的DC/DC稳压器和电源模块将环路补偿内部化或具有不需要环路补偿的操作架构，因此非常易于使用。但在某些情况下，这可能会降低我们微调设计性能的能力。

2.准确解决瞬态响应快的问题

随着工艺技术的进步，处理器需要更严格的电压精度和更低的内核电压。表 1 是来自现场可编程门阵列 ( FPGA ) 数据表的图表，说明 V CCINT轨的推荐工作条件为1V，正负 30mV。建议保持在这 3% 的范围内，因为处理器可能会在此电压窗口之外意外运行。因此，我们可能必须增加 DC/DC 转换器输出端的电容，以满足负载变化期间 3% 的范围。

象征	最小	类型	最大限度	单位
FPGA逻辑
V CCINT	0.97	1.00	1.03	伏
V CCINT	0.87	0.90	0.93	伏
V CCBRAM	0.97	1.00	1.03	伏
V CCBRAM	0.87	0.90	1.03	伏

表 1：现场可编程门阵列 (FPGA) 的推荐工作条件

虽然允许小电容增量，但较大的量可能会对模块的负载瞬态响应产生负面影响。为了优化瞬态响应，设计人员通常添加一个与上部反馈电阻并联的前馈电容器 (C FF )，如图 1 所示。在频域中，C FF 的添加会产生一个零，从而增加带宽并改善瞬态响应时间。

图 1：带有前馈电容器 C FF 的反馈分压器

不幸的是，这个解决方案也不是完美的。虽然 C FF创建了一个零以帮助增加带宽，但它也创建了一个后续极点，作为 C FF和反馈电阻并联组合的乘积。这个极点可以抵消C FF的零带来的好处。由于C FF 加了一个零和一个极点，频率上可能相距不太远，因此C FF的选择和计算变得棘手。正确的 C FF值将有助于这种情况，而错误的 C FF值不会带来任何改善，只会成为物料清单 (BOM) 的无用补充。

3.一个电阻如何提高性能

TurboTrans™ 技术（如图 2 所示）通过仅添加一个电阻器 (R TT ) 来改善环路响应。添加 R TT电阻器使我们能够使用模块外部的电阻器轻松优化反馈回路。通过调整 TurboTrans 电阻器，我们可以根据需要优化补偿级的零和中频带增益 (A VM )。没有像使用 R TT电阻器产生的 C FF极点那样的副作用。

图 2：采用 TurboTrans 技术的电源模块

R TT电阻器只不过是 Type II 补偿方案中的附加串联电阻器。这个额外的 R TT电阻器不需要深入了解环路补偿技术，因为与任何其他电源模块一样，数据表将提供一个公式来计算正确的值。我们的计算将仅取决于总输出电容的数量。R TT将补偿输出端的任何额外电容，并且负载瞬态响应将保持出色。

4.TurboTrans 在行动

让我们使用 TI 的TPSM84824 来展示 TurboTrans 技术如何帮助实现快速瞬态响应。为了满足 3% 的范围（回想一下表 1），在没有 TurboTrans 技术的情况下，你唯一能做的就是增加输出电容。正如我们在图 4 和表 2 中所见，电容增量对电压降几乎没有影响。这是因为随着输出电容的增加，稳压器的整体带宽会显着降低（如图 3 所示）。这会使环路变慢，并增加对负载瞬变做出反应所需的时间。因此，即使输出电容值较大，电源模块仍无法维持低于 30mV 的压降。

图 3：不同输出电容下的增益曲线

图 4：具有不同输出电容的瞬态响应