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Erörterung
In Prüfung 1 haben wir den Zusammenhang zwischen dem Einschwingverhalten des Abwärtsreglers TPS54160 unter Last und der Kompensation durch Spannungsrückkopplung untersucht.
Die Übergangsfrequenz w
der Spannungsschleifenverstärkung des Abwärtsreglers wird durch die Position der Pole und Nullstellen des Fehlerverstärkers der kompensierenden Rückkopplung bestimmt. Wenn der
c
Fehlerverstärker für eine hohe Übergangsfrequenz ausgelegt ist, hat die Schleifenverstärkung eine höhere Größe über einen weiteren Frequenzbereich (die Größe der Schleifenverstärkung ist > 0 dB im Bereich von
0 rad/s bis w
rad/s). Außerdem werden die Auswirkungen von Laststörungen durch den OP-AMP-Fehlerverstärker in Abbildung 1(a) erheblich verstärkt, da dessen Ausgangsspannung, die Steuerspannung V
c
Abbildung 1(a), stärker geändert wird. Dies bewirkt eine schnellere Anpassung des Induktorstroms des PCC-Abwärtsreglers an den Lastbedarf (bei PCC-Abwärtsreglern funktioniert der Induktor wie eine Stromquelle,
die durch die Spannung V
gesteuert wird). Daher gewährleistet eine höhere Übergangsfrequenz ein schnelleres Ansprechen des PCC-Abwärtsreglers auf Lasttransienten. Dies führt wiederum zu einer Verringerung
c
der Größe der transienten Überspannungen der Ausgangsspannung. Tatsächlich reagiert der Regler schneller auf Laststörungen, und dies verkürzt die Dauer des Zeitintervalls, in dem der Ausgangskondensator dem
Ungleichgewicht zwischen Induktorstrom und Laststrom ausgesetzt ist. Bei einem idealen PCC-Abwärtsregler hat die Eingangsspannung V
Stromquelle funktioniert, die durch die Spannung V
der Steilheit der Stromschleifen-Kompensationsrampe in Abbildung 1 und der Steigung des Induktorstroms und die wiederum von der Eingangsspannung V
verbessert sich bei einem niedrigeren Verhältnis. Allerdings muss das Verhältnis höher als ein bestimmter unterer Grenzwert sein, um eine Instabilität der Stromschleife zu verhindern. Beim Abwärtswandler TPS54160
ist die Stromschleifenkompensation intern auf einen festen Wert eingestellt. In den TI-PMLK-Experimenten zu den AUFWÄRTS- und ABWÄRTS/AUFWÄRTS-Topologien wird der Einfluss der Stromschleifen-Kompen-
sationsrampe auf die dynamische Leistung von DC/DC-Reglern mit PCC-Schaltkreisen eingehend erläutert.
Die Schwingungen im Einschwingverhalten unter Last sind von der Phasenreserve der kompensierten Schleifenverstärkung abhängig. In der Theorie stellt eine Phasenreserve von mehr als 52° sicher, dass die
transienten Überspannungen keine Schwingungen aufweisen. Die Phasenreserve wird durch die bei der halben Schaltfrequenz f
PCC-Schaltkreises. Wenn eine Übergangsfrequenz f
der Phasenverzögerungseffekt der Abtastpole berücksichtigt werden. Außerdem könnten bei der Berechnung der Verstärkung des OP-AMP-Fehlerverstärkers mehr Pole und Nullstellen als in Formel (1) im Abschnitt
Theoretischer Hintergrund
erforderlich sein.
Bei gegebener Spannungsschleifenverstärkung T ist die Übergangsfrequenz w
funktion zur Verfügung steht, kann die Übergangsfrequenz in MATLAB
nicht verfügbar ist, kann die Schleifenverstärkung mit einem Vektor-Netzwerkanalysator [9] und dem 10-W-Einspeisewiderstand R
In Prüfung 2 untersuchen wir den Zusammenhang zwischen dem Einschwingverhalten des Abwärtsreglers TPS54160 unter Last und die Kombination von Ausgangskondensator und der Kompensation der Span-
nungsrückkopplung.
Wenn die Kombination von Ausgangskondensator und Rückkopplungskompensation geändert wird, erhalten wir eine andere Übergangsfrequenz und Phasenreserve. Bei einer Erhöhung der Übergangsfrequenz
verbessert sich das Einschwingverhalten unter Last, da der Regler schneller auf Laststörungen reagiert. Umgekehrt führt eine Verringerung der Übergangsfrequenz zu einer langsameren Reaktion und einer nachfol-
genden Erhöhung der Größe der Spannungsspitzen. Eine niedrigere Phasenreserve beschleunigt die Reaktion, vergrößert aber die Schwingungen. Die Kompensationseinstellung, bei der die beiden Jumper
gebrückt sind, ist auf C
= C
= 10 mF, zugeschnitten, wohingegen die Einstellung, bei der
out
17
von 45° bei einer Übergangsfrequenz von 15 kHz bei 36 V Eingangsspannung und 1.5 A Laststrom. Wenn C
stabil, aber die Übergangsfrequenz sinkt auf 2 kHz bei einer Phasenreserve von 60°. Wenn C
spannung weist um 3.3 V große Schwingungen auf. Andere Kombinationen der Ausgangskondensatoren C
und Laststrom entweder zu einem stabilen oder einem instabilen Betrieb führen.
Oszilloskop ist immer noch zu beobachten, dass der TPS54160 die durchschnittliche Ausgangsspannung auf 3.3 V regelt, nur mit einer größeren Schaltwelligkeit. Durch Vergrößern der Zeitskala lässt sich erkennen,
dass die Schaltwelligkeit nicht periodisch ist: Auf diese Weise kann die Instabilität festgestellt werden. Außerdem lässt sich anhand der Wellenform des Induktorstroms die Instabilität aufgrund des nicht periodischen
Rippelstroms besser erkennen. Typischerweise ist in diesen instabilen Fällen auch zu beobachten, dass das Einschwingverhalten unter Last sehr gut ist. Es ist dann so gut, dass die Größe der Spannungsspitzen in
der Ausgangsspannung geringer als die Spitze-zu-Spitze-Schaltwelligkeit (und manchmal sogar unsichtbar) ist.]
gesteuert wird. Bei einem realen PCC-Abwärtsregler hat die Eingangsspannung einen geringen Einfluss auf das Einschwingverhalten, das vom Verhältnis zwischen
c
von über f
/ 20 verwendet werden muss, um ein gutes Einschwingverhalten bei starken Laststörungen zu erreichen, muss bei der Auslegung des Fehlerverstärkers
c
s
der Wert zum Lösen der Gleichung |T(w
c
[8] mithilfe der Bode-Diagramme der Übertragungsfunktionen bestimmt werden (Schnittpunkt bei 0 dB). Wenn die Schleifenverstärkungsfunktion
®
J
und
23
= C
out
[HINWEIS:
Bei bestimmten Ausgangskondensator- und Kompensationskombinationen kann der Regler zwar instabil sein, aber auf dem
keinen Einfluss auf das Einschwingverhalten, da der Induktor wie eine
in
in die Schleife eingebrachten Pole beeinflusst; Folge des Abtastmechanismus des
s
)|=1. Eine explizite Lösung dieser Gleichung ist nicht verfügbar. Wenn die Schleifenverstärkungs-
c
gemessen werden.
7
J
offen sind, für C
= C
= 220 mF geeignet ist. In beiden Fällen hat die Schleifenverstärkung eine Phasenreserve
24
out
16
= C
= 220 mF verwendet wird und die beiden Jumper
out
16
= 10 mF verwendet wird und die beiden Jumper
17
und C
und der Kompensation (Jumper
16
17
abhängig ist. Das dynamische Einschwingverhalten
in
J
und
J
gebrückt sind, ist der Regler weiterhin
23
24
J
und
J
offen sind, ist der Regler instabil und die Ausgangs-
23
24
J
oder
J
gebrückt/offen) können je nach Eingangsspannung
23
24
in
c
J
und
J
23
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