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)品的獨特功能留出足夠的空間。內(nèi)部補償是一種減小電源解決方案尺寸的技術(shù);但是，這種方法確實有一些權(quán)衡。本應用筆記探討了不同的內(nèi)部補償技術(shù)，并重點介紹了最有效的方法。

介紹

用于當今設(shè)計的PCB已經(jīng)非常擁擠，特別是為了適應最終產(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)部補償，其中繁瑣的外部反饋 補償網(wǎng)絡(luò)集成到IC中。

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

簡單的內(nèi)部補償

圖1所示為典型電源電路及其反饋環(huán)路和外部補償電路。補償 電路針對特定工作條件（輸入電壓、輸出電壓、開關(guān)頻率和輸出）進行了優(yōu)化 電容器）。當一個或多個電路工作參數(shù)發(fā)生變化時，補償電路值必須 根據(jù)新的電路工作條件進行了更改以優(yōu)化回路性能。

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

簡單的內(nèi)部補償基本上集成了該補償電路，該電路針對一個特定的 工作狀態(tài)，進入IC。帶有此內(nèi)部補償電路的IC工作正常，直到一個或多個 操作參數(shù)更改。圖2所示為具有簡單內(nèi)部補償?shù)碾娫唇鉀Q方案。

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

內(nèi)部補償針對一種特定的工作條件進行了優(yōu)化。在這種特定的操作條件下， 這個轉(zhuǎn)換器效果很好。但是，它也僅限于這種操作條件。當 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)部補償

圖3所示為采用智能、寬帶寬內(nèi)部補償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器原理圖。這 技術(shù)允許調(diào)整以適應不同的電路條件，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)部補償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器原理圖。

簡單的內(nèi)部補償示例

在這里，我們舉一個降壓轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)簡單內(nèi)部補償技術(shù)的示例。圖4a、圖4b和表1提供了原理圖、評估板和物料清單（BOM）。

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

圖 4b.具有簡單內(nèi)部補償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器評估板。

表 1.用于具有簡單內(nèi)部補償?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)部進行補償。 開關(guān)頻率可通過一個外部電阻器 RT 在 200kHz 至 2.2MHz 范圍內(nèi)進行設(shè)置。它默認為 500kHz，沒有 RT。內(nèi)部補償針對 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行良好，但它也僅限于此操作 條件。當工作條件發(fā)生變化（例如，改變 VO， F西 南部和/或 CO值）。

通過觀察轉(zhuǎn)換器對負載階躍瞬態(tài)的響應，我們可以看到簡單內(nèi)部補償?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）的測試結(jié)果，而 圖5b顯示了輸出電容量兩倍（4 x 47μF）的結(jié)果。

圖 5a.負載瞬態(tài)性能 - 簡單補償，原始配置 （CO– 2 x 47μF）。

圖 5b.負載瞬態(tài)性能 - 補償簡單，輸出電容翻倍（CO– 4 x 47μF）。

在圖5a和圖5b中，紫色跡線是輸出負載電流步進從1A到2A，然后回 1A.綠色跡線是輸出電壓，顯示響應負載變化的偏差。理想的轉(zhuǎn)換器沒有 負載變化時的電壓偏差（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。

該原始電路（2 x 47μF）具有150mV峰峰值（pk-pk）電壓偏差。當輸出電容加倍至 4 x4 7μF，我們預計電壓偏差將減小一半。但由于簡單內(nèi)部的限制 補償，輸出電容的增加會因此降低轉(zhuǎn)換器環(huán)路帶寬，從而對轉(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，我們在本例中測量了134mV pk-pk。

因此，通過簡單（有限）的內(nèi)部補償，將輸出電容加倍只會降低輸出負載瞬態(tài) 反應PK-PK略微達到89%。這 11% 的減少數(shù)字并不能證明增加 輸出電容。系統(tǒng)工程師堅持原始轉(zhuǎn)換器性能。嘗試提高輸出電壓 偏差性能進一步導致成本和尺寸呈指數(shù)級增長。

智能、寬帶寬內(nèi)部補償示例

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

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

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

表 2.具有寬帶寬內(nèi)部補償?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)部補償。其評估套件的開關(guān)頻率默認為450kHz。內(nèi)部 補償針對 24V 輸入、3.3V 輸出、450kHz 開關(guān)頻率和 47μF 陶瓷輸出電容器進行了優(yōu)化。 請注意，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?shù)妮敵鏊矐B(tài)響應，因為它很寬 環(huán)路帶寬。

要檢查智能、寬帶寬內(nèi)部補償?shù)男阅?，請觀察轉(zhuǎn)換器對負載階躍的響應 在各種電路工作條件下瞬態(tài)。圖7a顯示了原始配置（47μF）下的測試結(jié)果， 而圖7b顯示了輸出電容量（2 x 47μF）兩倍時的結(jié)果。

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

圖 7b.負載瞬態(tài)性能 - 智能、寬帶寬補償，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。當輸出電容加倍至2 x 47uF時， 在 84mV 峰峰值時，電壓偏差降至 48%，這得益于其智能、寬帶寬的內(nèi)部補償。這 每次偏差后輸出電壓的良好恢復波形也顯示出非常穩(wěn)定的環(huán)路操作。 此外，與簡單的內(nèi)部補償解決方案相比，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，可實現(xiàn)相當?shù)妮敵鏊矐B(tài)響應。

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

表 3.比較兩種類型的降壓轉(zhuǎn)換器

請注意，在測量輸出電壓負載瞬態(tài)響應時，應使用低噪聲示波器探頭。圖8顯示了用于測量這些電壓的方法。本實驗中使用的設(shè)備包括：

電源： HP6032A

電子負載：安捷倫 6060B?

示波器：泰克TDS3034B?

使用的其他設(shè)置：

負載階躍壓擺率：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.用于測量輸出電壓負載瞬態(tài)響應的低噪聲探頭技術(shù)。

總結(jié)

對于集成度更高的電源解決方案，內(nèi)部補償有助于減少外部元件數(shù)量和電路 復雜性。簡單的內(nèi)部補償會降低系統(tǒng)性能，還會導致環(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)部補償，可實現(xiàn)兩全其美：高集成度，同時保持最佳環(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