比较 D-CAP3™ 控制模式下的波特图

转换器稳定性是任何同步降压转换器设计的主要要求。确认转换器稳定性需要我们导出小信号传递函数并测量闭环系统的波特图。可以使用复杂的数学方程严格推导出小信号传递函数；就理解稳定性要求的性质而言，结果可能非常有见地。但是，推导小信号传递函数超出了本文的范围。

在没有理论分析的情况下，我们可以使用网络分析仪来测量波特图并确认我们的转换器设计的稳定性。如果操作得当，波特图结果可能是一种非常有用的快速方法，可帮助我们衡量转换器的稳定性。

D-CAP 代表“直接跨越输出电容器”。TI 推出了一系列 D-CAP TM开关模式电源，该电源包含外部 RCC 网络（R RAMP、C RAMP1和 C RAMP2）或内部纹波注入电路（例如 D-CAP3），从而更易于设计-陶瓷输出电容器配置（图 1）。在这篇文章中，我将比较基于不同设置方法的 D-CAP3™ 波特图测量结果，包括纹波注入幅度和小信号注入幅度。为了获得可靠且有意义的波特图结果，我们必须执行一些初步步骤。

图 1：带有 RCC 网络同步降压转换器的 D-CAP IC

图 2 显示了网络分析仪设备的两种设置方法：交流注入的输入端（图 2a 中的V A）和输出端（图 2b 中的V B）处的 VO 引脚。这VO销是相同的信号作为V Ó图1中的网络RCC从Bode曲线图的相位裕量测试定理的，交叉频率定义为当转换器环路增益的频率处于0dB或统一。在此交叉频率下，转换器环路增益的相位裕度必须为正，且至少高于 45 度，以减少负载瞬态阶跃期间的输出电压振铃。

图 3 中的结果显示了两种设置方法之间的最小差异。但是，通过使用图 2a 中的结果，我们可以确定转换器的电感器和输出电容器值的谐振频率位置。结果来自 TPS548B22 评估板，其中 V IN =12V、V OUT =1V、F SW = 650kHz、L = 330nH、C OUT = 2 x 470µF + 7 x 100µF 和 I LOAD = 10A 电阻负载。

图 2：TPS548B22 评估模块 EVM 上V A (a) 和 V B (b)处VO 引脚的波特图设置

图 3：图 2 所示设置的波特图结果

我们可能会问 RCC 网络的大小如何影响 Bode 图结果。由于这种拓扑的噪声敏感性，控制器需要一个最小斜坡幅度，以确保转换器在稳定状态下正确运行，同时提供最佳负载瞬态响应。图 4 显示了 RCC 网络的 6mV 和 12mV 斜坡幅度之间的比较结果。12mV 斜坡的交叉频率约为 29kHz，相位裕度为 95 度。6mV 斜坡的交叉频率约为 102kHz，相位裕度为 117 度。

图 4：波特图与 TPS548B22 EVM 上不同斜坡值的比较

从图 4 中可以看出，RCC 斜坡幅度会影响交叉频率和相位裕度。

在 D-CAP 3 控制模式下进行波特图测量时，我们可能会遇到的另一个问题是测量时交流注入幅度范围需要是什么——并且必须是一个不会影响转换器环路增益结果的范围。图 5 显示了 2.5mV 和 10mV 交流注入信号的比较结果。一个好的推荐值是将此交流注入幅度保持在 10mV 或更小。

图 5：波特图与不同交流注入幅度的比较

为了获得良好的波特图结果，我们必须注意设置并采取一些预防措施以减少测量中的错误。一些基本建议是：

· 在进行测量之前，校准网络分析仪或进行 0dB 测量，以确保在感兴趣的频率范围内平坦增益和零相位。

· 使用控制器的模拟地作为波德图探针的参考。请参见图 6 中的示例比较。

· 使探头远离电感器，以避免将电感器磁场信号耦合到交流注入幅度上。

· 如果可能，请在负载连接处使用电阻功耗，而不是电子电流源模式。

图 6：具有不同接地探针连接位置的客户板上的波特图比较

波特图测量结果使我们能够快速衡量转换器的稳定性，而不是推导出转换器的小信号传递函数。在 D-CAP3 控制模式设置中，无论 VO 引脚位于交流注入的输入位置还是输出位置，相位裕度测试定理都会给出相同的结果。要获得值得信赖的波德图结果，让我们对系统充满信心，请采取一些预防性设置步骤以最大程度地减少错误。