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[導讀]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換器的峰值電流模式(PCM)改進型小信號模型,預測UCC289X應用的實際環(huán)路穩(wěn)定性。為了驗證計算結果的有效性,

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換器的峰值電流模式(PCM)改進型小信號模型,預測UCC289X應用的實際環(huán)路穩(wěn)定性。為了驗證計算結果的有效性,我們通過實際測量基于UCC2897 EVM樣機,并建立UCC2897A仿真模型來進一步證明。其結果表明,基于改進型小信號模型的計算結果也可以精確地預測實際環(huán)路穩(wěn)定性。

1、引言

隨著電源可靠性評估的不斷發(fā)展,使用特定環(huán)路分析儀器進行環(huán)路穩(wěn)定性測試成為目前唯一必不可少的要求。但是,在實際開發(fā)過程中,工程師們常常在環(huán)路穩(wěn)定性功能調試上面花費太多的時間。例如,使用有源鉗位轉換器時,我們總是會碰到環(huán)路穩(wěn)定性問題,因為很難在大信號負載動態(tài)和小信號環(huán)路穩(wěn)定性之間實現一種較好的平衡,特別是在峰值電流控制模式下更是如此。在大信號負載動態(tài)優(yōu)化方面,MOS電壓應力有巨大的影響力。為了獲得較好的優(yōu)化,工程師們通常會花費大量的時間重復調試環(huán)路穩(wěn)定性。

由于其小信號模型并不準確,因此對于這種計算方法是否適用于實際測量存在爭議,但是如果可以得到準確的小信號模型,則這個問題便可以迎刃而解。

本文的目標是建立一個計算平臺,根據UCC289X應用所使用有源鉗位正向轉換器的改進型CCM小信號模型來驗證環(huán)路穩(wěn)定性。圖1顯示了實際EVM驗證舉例,另外,本文還將為你提供許多比較數據。最后,經過證明,使用UCC289X應用時,環(huán)路穩(wěn)定性計算對于開發(fā)期間的實際設計和調試都非常有用。



圖1基于EVM的原理圖

2、功率級傳輸函數計算

求解工作占空比為:



輸出負載計算得到:



等效主檢測電阻為:



求解mc為:



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



其中:



對于UCC289X應用來說,系數KC由內部分電阻器決定;它被設置為0.2,則控制到輸出傳輸函數的最終功率級傳輸函數為:



圖2顯示了計算結果:



圖2控制到輸出傳輸函數的波特計算

3、反饋環(huán)路的傳輸函數

在UCC2897X應用中,電壓補償電路大多與圖3所示電路一起使用。



圖3電壓補償電路

OPTO建模,對獲得反饋環(huán)路傳輸函數最為重要。正常情況下,準確建模取決于兩個參數。第一個參數為OPTO的CTR,它取決于其穩(wěn)定值,并可輕松求解得到。很多時候,第二個參數有些難以得到,因為其具有高頻特性。



圖4開關時間對比SFH690BT相關負載電阻

但是,影響這種高頻特性的最重要參數為RL和Cin.Cin是指內部電容;我們假設在電流控制電流源輸出端之間添加它,以進行瞬態(tài)分析。根據下列公式計算Cin:



在這種Ic為1mA的應用中,我們可以假設Tr約為40u,則Cin為:

由上面結果,我們可以選擇Cin為10n.

則反饋傳輸函數為:



因此,閉合總傳輸函數為:



利用下列函數使環(huán)路閉合:



使用MathCAD繪制結果為:



圖5閉合環(huán)路的總電壓環(huán)路穩(wěn)定性計算結果

4、使用仿真驗證環(huán)路穩(wěn)定性

為了論證上面?zhèn)鬏敽瘮档挠行?,我們基于EVM應用方案創(chuàng)建典型電路基礎上建立了一個UCC2897A仿真模型。電路參數與EVM BOM的基本一致。



圖6環(huán)路穩(wěn)定性驗證仿真電路

圖7到圖9顯示了計算與仿真之間的對比情況。



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



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



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

6、 結論

通過使用涉及UCC289X有源鉗位正向轉換器的改進型小信號模型來預測實際環(huán)路穩(wěn)定性,這對實際環(huán)路調試工作非常有用。工程師在對環(huán)路穩(wěn)定性進行調試時,使用這種方法可以實現更高效。

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