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[導(dǎo)讀]摘要 本文中,我們利用連續(xù)電感器電流條件下有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器的峰值電流模式(PCM)改進(jìn)型小信號(hào)模型,預(yù)測(cè)UCC289X應(yīng)用的實(shí)際環(huán)路穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的有效性,

摘要

本文中,我們利用連續(xù)電感器電流條件下有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器的峰值電流模式(PCM)改進(jìn)型小信號(hào)模型,預(yù)測(cè)UCC289X應(yīng)用的實(shí)際環(huán)路穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的有效性,我們通過(guò)實(shí)際測(cè)量基于UCC2897 EVM樣機(jī),并建立UCC2897A仿真模型來(lái)進(jìn)一步證明。其結(jié)果表明,基于改進(jìn)型小信號(hào)模型的計(jì)算結(jié)果也可以精確地預(yù)測(cè)實(shí)際環(huán)路穩(wěn)定性。

1、引言

隨著電源可靠性評(píng)估的不斷發(fā)展,使用特定環(huán)路分析儀器進(jìn)行環(huán)路穩(wěn)定性測(cè)試成為目前唯一必不可少的要求。但是,在實(shí)際開發(fā)過(guò)程中,工程師們常常在環(huán)路穩(wěn)定性功能調(diào)試上面花費(fèi)太多的時(shí)間。例如,使用有源鉗位轉(zhuǎn)換器時(shí),我們總是會(huì)碰到環(huán)路穩(wěn)定性問(wèn)題,因?yàn)楹茈y在大信號(hào)負(fù)載動(dòng)態(tài)和小信號(hào)環(huán)路穩(wěn)定性之間實(shí)現(xiàn)一種較好的平衡,特別是在峰值電流控制模式下更是如此。在大信號(hào)負(fù)載動(dòng)態(tài)優(yōu)化方面,MOS電壓應(yīng)力有巨大的影響力。為了獲得較好的優(yōu)化,工程師們通常會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間重復(fù)調(diào)試環(huán)路穩(wěn)定性。

由于其小信號(hào)模型并不準(zhǔn)確,因此對(duì)于這種計(jì)算方法是否適用于實(shí)際測(cè)量存在爭(zhēng)議,但是如果可以得到準(zhǔn)確的小信號(hào)模型,則這個(gè)問(wèn)題便可以迎刃而解。

本文的目標(biāo)是建立一個(gè)計(jì)算平臺(tái),根據(jù)UCC289X應(yīng)用所使用有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)型CCM小信號(hào)模型來(lái)驗(yàn)證環(huán)路穩(wěn)定性。圖1顯示了實(shí)際EVM驗(yàn)證舉例,另外,本文還將為你提供許多比較數(shù)據(jù)。最后,經(jīng)過(guò)證明,使用UCC289X應(yīng)用時(shí),環(huán)路穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)于開發(fā)期間的實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試都非常有用。



圖1基于EVM的原理圖

2、功率級(jí)傳輸函數(shù)計(jì)算

求解工作占空比為:



輸出負(fù)載計(jì)算得到:



等效主檢測(cè)電阻為:



求解mc為:



由前面的一些參數(shù),可使用MathCAD或者模擬軟件繪制出該傳輸函數(shù)的波特圖和相位特性圖



其中:



對(duì)于UCC289X應(yīng)用來(lái)說(shuō),系數(shù)KC由內(nèi)部分電阻器決定;它被設(shè)置為0.2,則控制到輸出傳輸函數(shù)的最終功率級(jí)傳輸函數(shù)為:



圖2顯示了計(jì)算結(jié)果:



圖2控制到輸出傳輸函數(shù)的波特計(jì)算

3、反饋環(huán)路的傳輸函數(shù)

在UCC2897X應(yīng)用中,電壓補(bǔ)償電路大多與圖3所示電路一起使用。



圖3電壓補(bǔ)償電路

OPTO建模,對(duì)獲得反饋環(huán)路傳輸函數(shù)最為重要。正常情況下,準(zhǔn)確建模取決于兩個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)為OPTO的CTR,它取決于其穩(wěn)定值,并可輕松求解得到。很多時(shí)候,第二個(gè)參數(shù)有些難以得到,因?yàn)槠渚哂懈哳l特性。



圖4開關(guān)時(shí)間對(duì)比SFH690BT相關(guān)負(fù)載電阻

但是,影響這種高頻特性的最重要參數(shù)為RL和Cin.Cin是指內(nèi)部電容;我們假設(shè)在電流控制電流源輸出端之間添加它,以進(jìn)行瞬態(tài)分析。根據(jù)下列公式計(jì)算Cin:



在這種Ic為1mA的應(yīng)用中,我們可以假設(shè)Tr約為40u,則Cin為:

由上面結(jié)果,我們可以選擇Cin為10n.

則反饋傳輸函數(shù)為:



因此,閉合總傳輸函數(shù)為:



利用下列函數(shù)使環(huán)路閉合:



使用MathCAD繪制結(jié)果為:



圖5閉合環(huán)路的總電壓環(huán)路穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

4、使用仿真驗(yàn)證環(huán)路穩(wěn)定性

為了論證上面?zhèn)鬏敽瘮?shù)的有效性,我們基于EVM應(yīng)用方案創(chuàng)建典型電路基礎(chǔ)上建立了一個(gè)UCC2897A仿真模型。電路參數(shù)與EVM BOM的基本一致。



圖6環(huán)路穩(wěn)定性驗(yàn)證仿真電路

圖7到圖9顯示了計(jì)算與仿真之間的對(duì)比情況。



圖7 38Vdc輸入和3.3V/30A輸出工作狀態(tài)下計(jì)算與測(cè)量總電壓環(huán)路曲線圖比較



圖8 48Vdc輸入和3.3V/30A輸出工作狀態(tài)下計(jì)算與測(cè)量總電壓環(huán)路曲線圖比較



圖9 72Vdc輸入和3.3V/30A輸出工作狀態(tài)下計(jì)算與測(cè)量總電壓環(huán)路曲線圖比較

6、 結(jié)論

通過(guò)使用涉及UCC289X有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)型小信號(hào)模型來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際環(huán)路穩(wěn)定性,這對(duì)實(shí)際環(huán)路調(diào)試工作非常有用。工程師在對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)試時(shí),使用這種方法可以實(shí)現(xiàn)更高效。

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