無法接觸頂部反饋電阻時的環(huán)路響應(yīng)測量方案
加入技術(shù)交流群
為使電源穩(wěn)定，需要一定的增益和相位裕量。通常，電源若具有至少45°的相位裕量和至少10 dB的增益裕量，便可視為穩(wěn)定。為了測量這些值，通常要在 VOUT節(jié)點和頂部反饋電阻之間插入一個小電阻，然后在這個增加的電阻兩端施加一個擾動信號，并在期望的頻率范圍內(nèi)測量環(huán)路響應(yīng)。如果用戶能夠接觸到頂部反饋電阻，這種常規(guī)方法會很簡便，因此很常用。
為使電源穩(wěn)定，需要一定的增益和相位裕量。通常，電源若具有至少45°的相位裕量和至少10 dB的增益裕量，便可視為穩(wěn)定。為了測量這些值，通常要在 VOUT節(jié)點和頂部反饋電阻之間插入一個小電阻，然后在這個增加的電阻兩端施加一個擾動信號，并在期望的頻率范圍內(nèi)測量環(huán)路響應(yīng)。如果用戶能夠接觸到頂部反饋電阻，這種常規(guī)方法會很簡便，因此很常用。
但是，如果用戶無法接觸模塑模塊內(nèi)的頂部反饋電阻，該如何測量環(huán)路響應(yīng)？如果器件不需要頂部反饋電阻，而是使用輸出電壓檢測引腳，又該如何測量環(huán)路響應(yīng)？對于這兩個問題，通過比較常規(guī)測量方法和新型測量方法的環(huán)路響應(yīng)波特圖，可以給出解答。
如圖1所示，測量環(huán)路響應(yīng)的常規(guī)方法是在 VOUT節(jié)點和頂部反饋電阻之間插入一個小值電阻。只有用戶可以接觸到頂部反饋電阻時，才能使用這種方法。
許多電源模塊的頂部反饋電阻位于電源封裝內(nèi)部，無法接觸。若將頂部反饋電阻硬連線到VOUT節(jié)點，則輸出電壓絕不會超過反饋電阻分壓器設(shè)定的電壓。如果頂部反饋電阻不是硬連線，在降壓型穩(wěn)壓器中，一旦該電阻連接不當或發(fā)生故障，則VOUT節(jié)點電壓可能會升高到與輸入電壓一樣高。ADI公司的許多μModule?器件都將頂部反饋電阻模塑在模塊內(nèi)部，以提供額外的保護。但這樣一來，便無法用常規(guī)方法測量環(huán)路響應(yīng)。圖2顯示了LTM8074及其無法接觸的頂部反饋電阻。
LTM8074
另一種特殊情況是模塊使用輸出電壓檢測引腳(VOSNS)來調(diào)節(jié)VOUT電壓。如圖3中的簡化框圖所示，由于該設(shè)置使用基準電流源，而不是通常的基準電壓源，因此沒有頂部反饋電阻。LTM4702使用該基準電流電路來調(diào)節(jié)輸出電壓。
LTM4702
如果沒有辦法測量電源的環(huán)路響應(yīng)，就必須完全依靠系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)來確定穩(wěn)定性。瞬態(tài)響應(yīng)測試用于檢查在 VOUT節(jié)點施加負載階躍時VOUT的電壓響應(yīng)。瞬態(tài)響應(yīng)示例如圖4所示。根據(jù)波形，通過測量從施加負載階躍到輸出電壓開始恢復(fù)的時間，可以估算帶寬(?BW)?？刂骗h(huán)路的帶寬等于該恢復(fù)時間(tr)與∏乘積的倒數(shù)。在此示例中，恢復(fù)時間約為4 μs，帶寬為80 kHz。
此外，通過觀察波形的形狀也可以評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果在波形中看到振鈴（綠色響應(yīng)曲線），則表示系統(tǒng)具有欠阻尼響應(yīng)。這意味著系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，相位裕量較低。但相位裕量有多低呢？
如果波形的恢復(fù)時間相當長，則可以認為系統(tǒng)具有過阻尼響應(yīng)（藍色響應(yīng)曲線）。系統(tǒng)輸出電壓的恢復(fù)時間可能比預(yù)期時間要長得多。由于電壓下降持續(xù)時間超過預(yù)期，下游電路可能會受到影響。
雖然通過瞬態(tài)響應(yīng)可以了解有關(guān)系統(tǒng)環(huán)路響應(yīng)的一些信息，但確切的相位裕量和增益裕量只能通過測量來確定。
對于使用輸出電壓檢測引腳的情形，環(huán)路響應(yīng)測量與常規(guī)測量方法類似。只需在 VOUT節(jié)點和 VOSNS引腳之間放置一個小值電阻即可。如圖3所示，將擾動信號施加于該電阻，然后測量環(huán)路響應(yīng)。
對于頂部反饋電阻位于模塊內(nèi)部而無法接觸的情形，采用新型環(huán)路測量技術(shù)時需要格外小心。如圖5所示，必須安裝一個并聯(lián)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，并將擾動信號置于底部反饋電阻和地之間插入的電阻上。務(wù)必使并聯(lián)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)盡可能靠近反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，以盡量減少誤差。
第1步：
在R2和地之間插入20 Ω RPERT電阻。將擾動信號施加于 RPERT。
第2步：
選擇R4，其值應(yīng)在500 Ω至1 kΩ范圍內(nèi)。見注釋1。
第3步：
計算并聯(lián)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)比率。n = R2/R4。
第4步：
使用第3步中的比率n計算R3和CFF2。
第5步：
重新構(gòu)建包括前饋電容和電容CM的并聯(lián)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，以消除擾動信號帶來的附加電容的影響。見注釋2。
公式：
1. n = R2/R4
2. R3 = R1/n
3. CFF2 = n × CFF1
4. CM = n × CPERT
注釋1：
選擇R4，使得R2比R4大40到100倍。這樣，由R2和R3組成的電阻網(wǎng)絡(luò)將在反饋環(huán)路的測量中起主導(dǎo)作用。
注釋2：
如果無法可靠地測量擾動信號的寄生電容，可以通過迭代試驗的方式，憑借經(jīng)驗確定CM電容。
新型測量方法產(chǎn)生的環(huán)路響應(yīng)與常規(guī)方法相同，如圖6所示。
借助這種新型測量方法，用戶現(xiàn)在無需接觸頂部反饋電阻即可確定環(huán)路響應(yīng)。用戶不再需要使用帶寬有限且誤差較大的低效方法，也不必僅依賴負載瞬態(tài)響應(yīng)來評估環(huán)路穩(wěn)定性。
評論