Vorwärtskopplungskondensator im SMPS-Feedback

Ich habe mir das Datenblatt des TPS63700 DC-DC-Wechselrichters angesehen und bin über das folgende Schema gestolpert. Es ist ein mehr oder weniger übliches Schema der Buck-Boost-Wechselrichtertopologie, mit Ausnahme der seltsamen R4- und C3- Komponenten. Ich habe nicht viel Erfahrung im SMPS-Design, aber ich habe noch nie eine Rückkopplungsschleife mit diesen Komponenten gesehen. Das Datenblatt sagt das

Zur Beschleunigung des Regelkreises wird im Rückkopplungsteiler parallel zu R3 ein Feedforward-Kondensator von 10 pF empfohlen. Um zu vermeiden, dass Rauschen vom Feedforward-Kondensator in die Regelschleife eingekoppelt wird, kann der Feedforward-Effekt durch Hinzufügen des Reihenwiderstands R4 bandbreitenbegrenzt werden. Ein Wert im Bereich von 100 kΩ ist geeignet. Je höher der Widerstand, desto geringer das in das Regelkreissystem eingekoppelte Rauschen.

Also, meine Fragen:

  • Was genau meinen sie mit "beschleunigen" des Regelkreises und warum oder wie verbessert es die Leistung?
  • Gibt es außer dem erwähnten induzierten Rauschen im Rückkopplungskreis noch weitere Nachteile bei der Verwendung dieses Schemas?
  • In welchen SMPS-Topologien kann diese Feedback-Eigenart verwendet werden (insbesondere in höherwertigen wie SEPIC, Cuk usw.)?
  • Sollte diese Feedback-Eigenart mit anderen ICs verwendet werden und wenn nicht - warum?

Link zum TPS63700-Datenblatt: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps63700.pdf

Empfohlener Schaltplan aus dem TPS63700-Datenblatt

Antworten (2)

Der Ron dieses TPSxxx-Ausgangs und 4x C5-Lasten bilden einen LPF mit einem Verlust von 90 in der Phasenreserve mit dem Vorteil, dass Zout mit steigendem f reduziert wird, während f(PWM) gedämpft wird.

Um das Überschwingen der Stromsprungantwort zu verbessern, das eine Funktion der Phasenreserve ist, erhöhen die hinzugefügten RC die Schleifenverstärkung um den Faktor 10, während sie über 2 Dekaden der führenden Phasenverschiebung zentriert bei 45 Grad @ 2pifC=1/R differenzieren.

Dies kann die Phasenspanne und den Übergangsfehler bei schrittweisen Änderungen der Eingabe oder Ausgabe verbessern.

Dies ist ein klassischer „Lead-Lag“-Kompensationsfilter, der vielen Steuerungssystemen gemeinsam ist. Ich habe es vor 40 Jahren in CMOS-PLL-Schleifenfiltern verwendet, um Geschwindigkeit und Stabilität zu verbessern.

Der Zweck besteht darin, das Überschwingen eines transienten Vollschrittfehlers in einem System 2. Ordnung mit einem Kompromiss beim Rauschen zu reduzieren. Ausführliche Informationen finden Sie in jedem Lehrbuch für Steuerungssysteme.

Das Datenblatt sagt einfach:

8.2.2.3 Stabilisierung des Regelkreises

8.2.2.3.1 Rückkopplungsteiler Zur Beschleunigung des Regelkreises wird im Rückkopplungsteiler parallel zu R3 ein Feedforward-Kondensator von 10 pF empfohlen. Um zu vermeiden, dass Rauschen vom Feedforward-Kondensator in die Regelschleife eingekoppelt wird, kann der Feedforward-Effekt durch Hinzufügen des Reihenwiderstands R4 bandbreitenbegrenzt werden. Ein Wert im Bereich von 100 kΩ ist geeignet. Je höher der Widerstand, desto geringer das in das Regelkreissystem eingekoppelte Rauschen.

——- Dh Stabilität, Geschwindigkeit, ohne übermäßige Rauschverstärkung.

Sie sollten lesen, um zu verstehen, was diese bedeuten.

Überschwingen, Klingeln

Sprungantwort, Anstiegs-/Abfallzeit des Laststroms (schnellere Fehlerreduzierung)

Fazit ist, dass der Bedarfsstrom nicht erfüllt wird, es gibt eine Fehlerspannung beim Ereignisstart, bis das Einschwingen abgeschlossen ist . Diese wird zur erwarteten Brummspannung addiert und gehört zu jedem Netzteil dazu. Spez.

"Der Zweck besteht darin, das Überschwingen von transienten Vollschrittfehlern in einem System 2. Ordnung zu reduzieren" - kann es also nicht mit einer 4. Ordnung wie SEPIC verwendet werden?
Wenn Sie ein Steuersystem höherer Ordnung haben, verwenden Sie die Nyquist-Dominanz-Wurzelanalyse in der Nähe von RHP, um einen Filter zu entwerfen, würde ich denken, aber dies könnte für viele Systeme verwendet werden, wieder ein Kompromiss für verbesserte Stabilität und Anstiegszeit ist weniger Rauschunterdrückung.

Beim Start oder während eines hochfrequenten Übergangs wird der Kondensator effektiv kurzgeschlossen. Das bedeutet, dass der Rückkopplungsspannungsteiler wie folgt aussehen wird:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Aus diesem Grund ist die Spannung am Feedback-Pin (in Bezug auf VREF) viel höher als ohne C3 und R4. Diese höhere Spannung bedeutet, dass ein größerer Fehler auftritt, was bedeutet, dass das Steuersystem, das die Ausgangsspannung regelt, stärker auf die korrekte Spannung zusteuert, um eine Stabilisierung zu erreichen. Wenn dies der Fall ist, wird der Kondensator langsam immer höherohmiger, und schließlich wird die C3 / R4-Kombination ein offener Stromkreis sein und im Wesentlichen nicht einmal im stationären Zustand vorhanden sein.

Der einzige Nachteil ist die potenzielle Instabilität, wenn Sie falsche Werte wählen. Jede Komponente an jedem Teil innerhalb einer SMPS-Schaltung beeinflusst die Übertragungsfunktion und kann daher die Leistung des Geräts beeinflussen.

Diese Methode zur schnelleren Reaktion auf Transienten/Startvorgänge kann für alles verwendet werden, was über eine Art Rückkopplungsmechanismus mit einem Spannungsteiler verfügt.

Der Grund, warum Sie es nicht überall sehen? Nun, es ist nicht wirklich nötig. Das System wird sich schließlich mit oder ohne sie stabilisieren. Es ist nur ein nettes Feature, um die Hochgeschwindigkeitsleistung zu verbessern.

Die Stabilität wird verbessert, kein Nachteil. Der einzige Nachteil ist ein Gewinn an Brummrauschen.