系統(tǒng)工程師努力采用更小的電源解決方案尺寸，以便在PCB上為其產(chǎn)品的獨(dú)特功能留出足夠的空間。內(nèi)部補(bǔ)償是一種減小電源解決方案尺寸的技術(shù);但是，這種方法確實(shí)有一些權(quán)衡。本應(yīng)用筆記探討了不同的內(nèi)部補(bǔ)償技術(shù)，并重點(diǎn)介紹了最有效的方法。

介紹

用于當(dāng)今設(shè)計(jì)的PCB已經(jīng)非常擁擠，特別是為了適應(yīng)最終產(chǎn)品的關(guān)鍵功能。這是 為什么系統(tǒng)工程師努力縮小電源解決方案的尺寸。有多種技術(shù)可以減少 電源解決方案的大小。其中一種技術(shù)是內(nèi)部補(bǔ)償，其中繁瑣的外部反饋 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)集成到IC中。

然而，內(nèi)部補(bǔ)償并非沒有缺點(diǎn)。此方法會(huì)影響電源解決方案環(huán)路的帶寬和 穩(wěn)定性。讓我們仔細(xì)看看各種內(nèi)部補(bǔ)償技術(shù)，其中一種提供寬環(huán)路帶寬 實(shí)現(xiàn)高集成度，無需犧牲環(huán)路的帶寬和穩(wěn)定性。

簡(jiǎn)單的內(nèi)部補(bǔ)償

圖1所示為典型電源電路及其反饋環(huán)路和外部補(bǔ)償電路。補(bǔ)償 電路針對(duì)特定工作條件（輸入電壓、輸出電壓、開關(guān)頻率和輸出）進(jìn)行了優(yōu)化 電容器）。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電路工作參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，補(bǔ)償電路值必須 根據(jù)新的電路工作條件進(jìn)行了更改以優(yōu)化回路性能。

圖1.顯示外部補(bǔ)償?shù)?a href="http://www.xsypw.cn/tags/降壓轉(zhuǎn)換器/" target="_blank">降壓轉(zhuǎn)換器原理圖。

簡(jiǎn)單的內(nèi)部補(bǔ)償基本上集成了該補(bǔ)償電路，該電路針對(duì)一個(gè)特定的 工作狀態(tài)，進(jìn)入IC。帶有此內(nèi)部補(bǔ)償電路的IC工作正常，直到一個(gè)或多個(gè) 操作參數(shù)更改。圖2所示為具有簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償?shù)碾娫唇鉀Q方案。

圖2.顯示簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器原理圖。

內(nèi)部補(bǔ)償針對(duì)一種特定的工作條件進(jìn)行了優(yōu)化。在這種特定的操作條件下， 這個(gè)轉(zhuǎn)換器效果很好。但是，它也僅限于這種操作條件。當(dāng) 工作條件變化（例如，改變 VO， F西 南部和/或 CO值）。

智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償

圖3所示為采用智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器原理圖。這 技術(shù)允許調(diào)整以適應(yīng)不同的電路條件，并保留優(yōu)化的環(huán)路帶寬 廣泛的工作電路參數(shù)。它還最大限度地減少了外部元件的數(shù)量，從而產(chǎn)生了高度 集成式緊湊型電源解決方案。

圖3.顯示智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器原理圖。

簡(jiǎn)單的內(nèi)部補(bǔ)償示例

在這里，我們舉一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償技術(shù)的示例。圖4a、圖4b和表1提供了原理圖、評(píng)估板和物料清單（BOM）。

圖 4a.顯示簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器原理圖。

圖 4b.具有簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器評(píng)估板。

表 1.用于具有簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器的BOM

這種特殊的降壓轉(zhuǎn)換器采用固定頻率峰值電流模式控制。該器件在內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償。 開關(guān)頻率可通過一個(gè)外部電阻器 RT 在 200kHz 至 2.2MHz 范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置。它默認(rèn)為 500kHz，沒有 RT。內(nèi)部補(bǔ)償針對(duì) 24V 輸入、3.3V 輸出、500kHz 開關(guān)頻率和 2 x 47μF 陶瓷。雖然該轉(zhuǎn)換器在此特定工作條件下運(yùn)行良好，但它也僅限于此操作 條件。當(dāng)工作條件發(fā)生變化（例如，改變 VO， F西 南部和/或 CO值）。

通過觀察轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載階躍瞬態(tài)的響應(yīng)，我們可以看到簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償?shù)木窒扌浴?在各種電路工作條件下。圖5a顯示了原始配置（2 x 47μF）的測(cè)試結(jié)果，而 圖5b顯示了輸出電容量?jī)杀叮? x 47μF）的結(jié)果。

圖 5a.負(fù)載瞬態(tài)性能 - 簡(jiǎn)單補(bǔ)償，原始配置 （CO– 2 x 47μF）。

圖 5b.負(fù)載瞬態(tài)性能 - 補(bǔ)償簡(jiǎn)單，輸出電容翻倍（CO– 4 x 47μF）。

在圖5a和圖5b中，紫色跡線是輸出負(fù)載電流步進(jìn)從1A到2A，然后回 1A.綠色跡線是輸出電壓，顯示響應(yīng)負(fù)載變化的偏差。理想的轉(zhuǎn)換器沒有 負(fù)載變化時(shí)的電壓偏差（即綠線是平坦的）。更快的轉(zhuǎn)換器具有較小的電壓偏差。 穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器具有性能良好的輸出電壓波形，可以從偏差中平穩(wěn)恢復(fù)。

該原始電路（2 x 47μF）具有150mV峰峰值（pk-pk）電壓偏差。當(dāng)輸出電容加倍至 4 x4 7μF，我們預(yù)計(jì)電壓偏差將減小一半。但由于簡(jiǎn)單內(nèi)部的限制 補(bǔ)償，輸出電容的增加會(huì)因此降低轉(zhuǎn)換器環(huán)路帶寬，從而對(duì)轉(zhuǎn)換器環(huán)路帶寬產(chǎn)生不利影響 影響轉(zhuǎn)換器性能。因此，我們?cè)诒纠袦y(cè)量了134mV pk-pk。

因此，通過簡(jiǎn)單（有限）的內(nèi)部補(bǔ)償，將輸出電容加倍只會(huì)降低輸出負(fù)載瞬態(tài) 反應(yīng)PK-PK略微達(dá)到89%。這 11% 的減少數(shù)字并不能證明增加 輸出電容。系統(tǒng)工程師堅(jiān)持原始轉(zhuǎn)換器性能。嘗試提高輸出電壓 偏差性能進(jìn)一步導(dǎo)致成本和尺寸呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償示例

圖6a、圖6b和表2顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖、評(píng)估板和BOM 具有智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)換器。

圖 6a.具有寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器。

圖 6b.具有寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器評(píng)估板。

表 2.具有寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器BOM

該特定轉(zhuǎn)換器也是一種固定頻率峰值電流模式控制器件。但是，它具有智能， 寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償。其評(píng)估套件的開關(guān)頻率默認(rèn)為450kHz。內(nèi)部 補(bǔ)償針對(duì) 24V 輸入、3.3V 輸出、450kHz 開關(guān)頻率和 47μF 陶瓷輸出電容器進(jìn)行了優(yōu)化。 請(qǐng)注意，這只是前面討論的另一塊板上輸出電容量的一半。此降壓轉(zhuǎn)換器 只需一半的輸出電容即可獲得相當(dāng)?shù)妮敵鏊矐B(tài)響應(yīng)，因?yàn)樗軐?環(huán)路帶寬。

要檢查智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償?shù)男阅埽?qǐng)觀察轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載階躍的響應(yīng) 在各種電路工作條件下瞬態(tài)。圖7a顯示了原始配置（47μF）下的測(cè)試結(jié)果， 而圖7b顯示了輸出電容量（2 x 47μF）兩倍時(shí)的結(jié)果。

圖 7a.負(fù)載瞬態(tài)性能 - 原始配置中的智能、寬帶寬補(bǔ)償 （Co= 47μF， R3 = 127k， R4 = 47.5k）。

圖 7b.負(fù)載瞬態(tài)性能 - 智能、寬帶寬補(bǔ)償，輸出電容翻倍 （Co= 2 x 47μF， R3 = 52.3k， R4 = 19.6k）。

原始電路（47μF）的峰峰值電壓偏差為176mV。當(dāng)輸出電容加倍至2 x 47uF時(shí)， 在 84mV 峰峰值時(shí)，電壓偏差降至 48%，這得益于其智能、寬帶寬的內(nèi)部補(bǔ)償。這 每次偏差后輸出電壓的良好恢復(fù)波形也顯示出非常穩(wěn)定的環(huán)路操作。 此外，與簡(jiǎn)單的內(nèi)部補(bǔ)償解決方案相比，該轉(zhuǎn)換器最初只需要一半的量 的輸出電容，由于其寬環(huán)路帶寬，可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)妮敵鏊矐B(tài)響應(yīng)。

表3顯示了簡(jiǎn)單內(nèi)部補(bǔ)償降壓轉(zhuǎn)換器與 智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償。

表 3.比較兩種類型的降壓轉(zhuǎn)換器

請(qǐng)注意，在測(cè)量輸出電壓負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，應(yīng)使用低噪聲示波器探頭。圖8顯示了用于測(cè)量這些電壓的方法。本實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備包括：

電源： HP6032A

電子負(fù)載：安捷倫 6060B?

示波器：泰克TDS3034B?

使用的其他設(shè)置：

負(fù)載階躍壓擺率：1A/μs

輸出電壓探頭帶寬，通道4：20MHz

輸出電流探頭帶寬，通道3：300MHz

圖8.用于測(cè)量輸出電壓負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的低噪聲探頭技術(shù)。

總結(jié)

對(duì)于集成度更高的電源解決方案，內(nèi)部補(bǔ)償有助于減少外部元件數(shù)量和電路 復(fù)雜性。簡(jiǎn)單的內(nèi)部補(bǔ)償會(huì)降低系統(tǒng)性能，還會(huì)導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)定。 MAX17503以及Maxim的許多Himalaya轉(zhuǎn)換器和功率模塊產(chǎn)品均提供智能、寬帶寬內(nèi)部補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)兩全其美：高集成度，同時(shí)保持最佳環(huán)路帶寬和控制環(huán)路穩(wěn)定性，通過最小化外部輸出電容要求來減小尺寸和成本。

審核編輯：郭婷