探索如何應(yīng)用快如閃電的內(nèi)部補償式ACM拓撲

2017年09月04日14:47:56 本網(wǎng)站我要評論(2)字號：T | T | T

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具有內(nèi)部補償?shù)母呒夒娏髂Ｊ?ACM)是TI開發(fā)的一款新型控制拓撲，可以支持真定頻調(diào)制并與內(nèi)部補償同步。從根本上來說，該產(chǎn)品類似于仿真峰值電流模式(PCM)控制，可以維護一系列輸入電壓和輸出電壓的穩(wěn)定性，形成快速的瞬態(tài)響應(yīng)。

ACM的不同之處在于，它是一款漸變型、峰值電流模式控制方案，無需外部補償，即可在內(nèi)部形成斜坡獲得真定頻。ACM對功率級變量（電感器和電容器）還具有良好的抗干擾性能，但在這里，我將更詳細地介紹一下ACM的優(yōu)點。

為何選擇內(nèi)部補償式ACM？

有的控制拓撲無需外部補償網(wǎng)絡(luò)，即可支持真定頻或偽定頻。然而，使用中也存在一些缺點。

現(xiàn)存的大多數(shù)真定頻/無外部補償?shù)霓D(zhuǎn)換器采用傳統(tǒng)的峰值電流模式，將補償組件從電路封裝的外部轉(zhuǎn)移到電路內(nèi)部，同時配備了經(jīng)過設(shè)計及優(yōu)化的內(nèi)部補償器以滿足各種應(yīng)用。正因為內(nèi)部補償需要覆蓋各種穩(wěn)壓范圍，如果要實現(xiàn)快速的瞬態(tài)響應(yīng)，內(nèi)部回路和斜坡補償則很難得到優(yōu)化。環(huán)路帶寬也必須有所限制以滿足的大范圍的實際應(yīng)用。通常而言，您將會看到一個非常緩慢的瞬態(tài)響應(yīng)，尤其在大負載電流發(fā)生階躍變化時。

除此之外，還有配備恒定導(dǎo)通時間調(diào)制器的控制拓撲。正如TI的D-CAP™/D-CAP3™控制模式一樣，這樣的控制拓撲無需外部補償即可維護偽定頻。對某些VIN和VOUT而言，導(dǎo)通時間是恒定的，且在負載瞬態(tài)期間，開關(guān)頻率有變化，從而可實現(xiàn)良好的瞬態(tài)性能。但是，這樣的頻率變化還會造成電磁干擾問題，特別對電磁干擾敏感的電信應(yīng)用影響很大。具有內(nèi)部補償?shù)腁CM解決了固定頻率和恒定導(dǎo)通時間控制所帶來的問題。

如下圖1所示的簡化版ACM降壓結(jié)構(gòu)，無需外部補償網(wǎng)絡(luò)，就能提供從輸出級至內(nèi)部集成器的反饋電壓信息。

圖1.簡化版ACM降壓結(jié)構(gòu)

簡單的控制結(jié)構(gòu)所具備的優(yōu)勢：

 輸出電壓反饋回路性能良好，操作簡便。無需補償網(wǎng)絡(luò)，僅需RS1和RS2作為電阻分壓器就可以感應(yīng)Vout，并且被感應(yīng)的Vout信息將通過VFB發(fā)送回控制回路。

 因為PID（比例-積分-微分）或PI（比例-積分）補償不借助外部元件，設(shè)計師可以不用采納復(fù)雜的補償設(shè)計，使其用起來更方便。

 取消使用外部補償元件還可以節(jié)省元件數(shù)量和寶貴的印制電路板空間。

內(nèi)部補償式ACM控制概視圖

整體的ACM控制回路框圖如下圖2所示。ACM包含電壓回路、斜坡回路、比較器、電流反饋和脈沖寬度調(diào)制（PWM）邏輯。

圖2.ACM控制的內(nèi)部構(gòu)件

各構(gòu)件功能：

 電壓回路感應(yīng)并處理VFB的錯誤信號。

 斜坡回路根據(jù)VIN和PWM信號生成斜坡電壓。經(jīng)優(yōu)化的斜坡補償值僅為下降斜率斜坡電壓的一半。

 回路比較器可以產(chǎn)生輸入信號，并且在正端輸入總值等于負端輸入總值時終止PWM循環(huán)。

 電流反饋也利用直流電信息優(yōu)化回路的Q因子。

 PWM邏輯根據(jù)時鐘和回路比較器的輸出生成PWM信號。

傳統(tǒng)PCM和內(nèi)部補償ACM的比較

表1顯示了傳統(tǒng)峰值電流模式和內(nèi)部補償ACM的比較：

	傳統(tǒng)峰值CMC	內(nèi)部補償ACM
電流感應(yīng)	Ÿ 難以感應(yīng)150ns內(nèi)用于MHz開關(guān)頻率應(yīng)用的高邊FET電流。 Ÿ DCR感應(yīng)需要額外的引腳。	Ÿ 易于從低邊FET感應(yīng)直流電信息。
斜坡補償	Ÿ 難以利用參數(shù)變量設(shè)計或優(yōu)化斜坡補償：感應(yīng)器、Vout和Fsw。通常，更大的斜坡設(shè)計是為了配合更廣的應(yīng)用范圍，但同時也帶來了更慢的環(huán)路響應(yīng)速度。	Ÿ 由于內(nèi)部斜坡的下降斜率已知，因此經(jīng)優(yōu)化的斜坡補償值為下降斜率斜坡電壓的一半。
噪音抗擾度	Ÿ 直接關(guān)聯(lián)到真正電流紋波和電流感應(yīng)回路。	Ÿ 可調(diào)節(jié)的漸變振幅提供足夠的噪聲容限和低抖動。
補償	Ÿ 直接關(guān)聯(lián)到電流紋波和直流電信息。 Ÿ 當(dāng)直流變化大且變化速度快以及必須在不同規(guī)格的系統(tǒng)中克服慢速積分器時，需要重新設(shè)計外部補償。	Ÿ 單獨對漸變振幅和直流值進行控制，可以在不同應(yīng)用下輕松進行優(yōu)化。 Ÿ 直流電流信息被感應(yīng)時，由于存在內(nèi)部補償，積分器可能大幅減慢。

表1.傳統(tǒng)峰值電流模式和內(nèi)部補償式ACM的比較

結(jié)論

具有內(nèi)部補償?shù)腁CM控制是一款漸變型、峰值電流模式控制方案，無需外部補償，即可在內(nèi)部形成斜坡獲得真定頻。通過獨立優(yōu)化電壓回路和斜坡回路的直流及交流部分，ACM可以提供比傳統(tǒng)峰值電流模式更佳的瞬態(tài)響應(yīng)。這種控制模式可以為無需外部補償?shù)目深A(yù)見頻率的應(yīng)用提供優(yōu)化的解決方案。TI的高性能TPS543B20和TPS543C20降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)含全新的內(nèi)部補償式ACM控制。轉(zhuǎn)換器支持25/40A,具有堆棧能力（僅TPS543C20），并且包括易用的內(nèi)部補償、低EMI噪音的固定頻率和全微分感應(yīng)，可以達到較佳的VOUT設(shè)定點精度。

了解更多關(guān)于TI具有內(nèi)置開關(guān)的降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品組合并閱讀“控制模式快速參考指南”概覽，了解TI生產(chǎn)的各種非絕緣型DC/DC調(diào)節(jié)器控制模式。

了解更多相關(guān)信息，閱讀“內(nèi)部補償高級電流模式(AMC)”白皮書，并使用TPS543C20及“為終端負載電壓提供97%以上效率的雙渠道降壓轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計”來開始設(shè)計。

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