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[参考译文] TPS61021A:环路稳定性分析

Guru**** 2386610 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS61021A
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1039826/tps61021a-loop-stability-analysis

器件型号:TPS61021A

您好!

此问题与以下网站有关: https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1024194/tps61021a-slew-rate-limiter/3806487#3806487

为了确保我们的设计稳定、您建议在以下条件下测试环路稳定性:
-输出上具有1uF capa、压摆率限制器和10uF capa
-输出仅为1uF capa

因此、我们在这两种情况下都使用多个输入电压(2V、2.5V 和3V)进行了一些测量。
我想就波特图征求您的意见。

1uF CAPA、压摆率限制器和输出10uF

我们使用了4欧姆负载。
以下是2V 输入电压的最坏情况:



相补角为80°、增益裕度为11dB。
系统稳定。

2.输出上只有1uF 的 CAPA

我们使用了20欧姆的较轻负载。
以下是2V 输入电压的最坏情况:



相位裕度还行:85°,但增益裕度有点低:约5dB。
低增益裕度是由于大约300kHz 的频率。

我们应该担心这是不是问题,还是可以在启动时安全地保留1uF 电容器?

注:此处介绍了测量所用的方法: www.omicron-lab.com/.../App_Note_DC_DC_Stability_V3_3.pdf

感谢你的帮助
纪尧姆




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     您好 Guillaume、

    很高兴再次见到您、感谢您的提问。 我认为你的方法和我的方法没有太大区别。 对于 输出电容仅为1uF 的测试结果、增益裕度较低。 这可能是由两个原因造成的:

    在该直流偏置下、1.1uF 电容器电容过低。 或1uF 不足以 保持足够的增益裕量。 您需要增加或增加电容;

    输入滤波器。 请参阅以下应用手册。 如果没有良好的设计、输入滤波器与高频下的增益裕度有关。 您需要在输入侧添加一个大电容器、以检查环路是否受到输入网络的影响。  

    https://www.ti.com/lit/pdf/snva801

    -文豪

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    您好、Wenhao、

    根据您的建议、我们进行了一些其他测量。
    但是、这两个选项似乎都无法解决问题、因为300kHz 时的峰值始终存在。

    使用4.7uF 输出电容器和2.5V 输入电压进行测量:


    2.在输入电压和2V 输入电压条件下增加10uF 的测量值:


    电路中似乎存在某种谐振、可能在电感和输出电容之间。
    您对此有何看法?

    谢谢你
    纪尧姆

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     您好 Guillaume、

    我在节假日期间一直到10.10。 将在下周回复您。 谢谢!

    -文豪

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     您好 Guillaume、

    很抱歉耽误你的时间。 我认为您应该将器件保持在 PWM 模式、以便其波特图最有意义。 TPS61021A 将在轻负载时进入省电模式。 让我检查进入 PSM 的阈值的设计。

    TPS61021A 实现了谷值电流 COT 控制、增益图中不应出现谐振、因为谷值电流感应已"消除"电感器。

    -文豪

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    您好、Wenhao、

    感谢您的回复。
    但是、我们进行这些稳定性分析的原因是为了确保 TPS61021A 在启动期间使用压摆率控制 器保持稳定(请参阅此处的 e2e.ti.com/.../3806487)。
    启动持续时间大约为1ms、负载在该点始终较轻(我们在启用负载之前等待一点)。 因此、在启动期间、TPS61021A 主要为10uF 电容器充电。

    在此阶段、我认为 TPS61021A 以 PFM 模式运行。
    启动期间的测量值(黄色为转换率输出,绿色为 TPS61021A 输出):





    这就是我们针对仅1uF 的情况进行轻负载分析的原因。

    谢谢
    纪尧姆

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    您好 Guillaume、

    了解。 我刚才检查了设计。 当电感器谷值电流触发200mA 时、器件进入 PSM。 这意味着、如果电感器 IP-p 为1.1A、则只要电感器平均电流低于200+1100/2=750mA、器件就会保持省电模式。 对于2Vin 至4.2Vout、这意味着负载电流为320mA (效率为90%)。

    稳定性:

    省电模式下的稳定性始终是稳定的、因此无需检查稳定性;

    只需使用1uF 电容器即可检查 PWM 的稳定性、该电容器需要负载高于320mA;

    软启动充电电流:

    1uF 电容器的典型软启动时间小于100us、因此充电电流约为20mA。 加上您的40欧姆负载、最大电流不会超过320mA。  

    这意味着器件在启动期间始终保持省电模式。 如果不可能有更多的负载电流、则器件始终是稳定的。 不过、正如您可以看到的、在转换率控制器激活期间、TPS61021A 会看到更大的负载。 在10uF 完全导通 Vout 之前、TPS61021A 的电流为10uF 充电电流+负载电流。 您可以检查它是否超过320mA。 谢谢!

    -文豪

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    很好、这真的很有帮助。 很高兴知道 PSM 始终保持稳定。

    我有两个意见:

    稳定性:
    您说"只需使用1uF 电容器即可检查 PWM 的稳定性"。
    但是、如果我们确保 TPS61021A 在启动期间处于 PSM 模式(TPS61021A 软启动和压摆率控制器激活)、则 PWM 模式下始终为1uF+10uF、因此无需仅用1uF 检查 PWM 稳定性。 你同意吗?

    软启动:
     在 TPS61021A 软启动期间的某个点、1uF 电容器的充电电流远高于20mA。 我没有测量它、但考虑到输入压降(2 AA 上为100mV)、我猜输出端为几百 mA。 也许我们需要确保在所有 TPS61021A 软启动期间都能有效地使用 PSM?

    纪尧姆

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    您好 Guillaume、

    请看下面我的答复。

    但是、如果我们在启动期间确保 TPS61021A 处于 PSM 模式(TPS61021A 软启动和压摆率控制器激活)、则 PWM 模式下始终为1uF+10uF、因此无需仅用1uF 检查 PWM 稳定性。 你同意吗?

    [WW]是和否 如果 PSM 仅存在1uF、则无需检查稳定性;

     在 TPS61021A 软启动期间的某个点、1uF 电容器的充电电流远高于20mA。 我没有测量它、但考虑到输入压降(2 AA 上为100mV)、我猜输出端为几百 mA。 也许我们需要确保在所有 TPS61021A 软启动期间都能有效地使用 PSM?

    [WW]您可以测量电感器电流。 如果在 Vout>Vin 后启动时其谷点保持在200mA 以上、则表示器件在 SS 时处于 PWM 模式。 如果电感 器谷点低于200mA、则表示器件在 SS 时处于 PSM 模式。

    -文豪

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    好的、Wenhao、谢谢。