[参考译文] TPS54KB20：D-CAP4简化理论

孙伟杰 

这不是分享 D-CAP4详细方框图的正确论坛、但我可以为您介绍各种形式 D-CAP 控制的工作理论。

D-CAP 是德州仪器的商标、它采用"自适应导通时间"发生器、其中的导通时间由 VIN、VOUT、所需的开关频率以及一些其他损耗因素设置、与传统的恒定导通时间相比、该因素用于稳定开关频率。

D-CAP 将输出电容器的 ESR 用作感应元件、用于检测输出电容器中的交流电流、并尝试将流入电容器的平均电流调节为0A。  但是、由于 D-CAP 依赖于输出电容器的 ESR、因此会对输出的逐周期纹波和输出电容器的 ESR 零点施加限制。  这些限制使其难以用于超低 ESR 聚合物电容器和多层陶瓷电容器(MLCC)、因为这些电容器没有足够的 ESR 或足够低的 ESR-Zero 来进行 D-CAP 控制。

为了将 D-CAP 控制器件与这些较低 ESR 电容器一起使用、TI 推出了一种应用解决方案：在电感器上添加一个 R-C 观测器来仿真 ESR、然后将其电容耦合到反馈中、从而将该仿真 ESR 纹波添加到实际输出纹波中。  由于使用了元件、这通常称为 RCC 纹波注入。

D-CAP2 使用与反馈电容耦合的内部生成的固定时间常数纹波代替了外部生成的纹波。  这省去了外部元件并简化了设计流程、同时允许 D-CAP2支持超低 ESR 聚合物电容器和 MLCC。

不过、问题是恒定导通时间控制是谷底调节控制架构、电容耦合斜坡在调节的谷底电压和平均检测到的输出电压之间引入了偏移。  由于纹波导致了有效基准电压、这使得反馈电阻器的选择变得更加复杂。

D-CAP3在 D-CAP2上进行了改进、结合使用了斜坡偏移消除功能以提供调节精度和简单的反馈分频器选择、同时使用可选的斜坡幅度以允许用户选择能够在开关频率的脉冲频率抖动、 以及对瞬态的快速响应。  然而、D-CAP3继续使用固定的时间常数斜坡。

固定时间常数斜坡的缺点是反馈分压器和电感值都会影响瞬态性能、并且两者都随 VOUT 上升而增加、这会导致较高的输出电压具有比较低的输出电压更慢的瞬态响应。

D-CAP4通过更新斜坡生成电路来改进 D-CAP3、以将固定时间常数斜坡替换为可变时间常数斜坡、该斜坡可针对输出电压或占空比自动调整、以便在各种输出电压和可编程的输出电压范围内保持相同的斜坡幅度 FB 引脚上检测到的输出电压与斜坡比较器之间的正向增益级。

在 TPS54KB20中、这会在电感器关断期间产生一个与输出电压无关的恒定有效斜坡幅度。  这在低输出电压和高输出电压时提供更一致的瞬态性能、而无需修改外部电路。

为了提供最精准的输出电压控制、保持来自早期 D-CAP3的用于消除斜坡失调电压的低频误差积分器。

与所有先前版本的 D-CAP 一样、D-CAP4采用频率稳定型脉冲频率调制仿真电流模式控制方案、具有可变频率、直接电容器电压调节和电流模式控制宽带稳定运行等优势。  

如果您需要有关在 TPS54KB20中实现 D-CAP4的更多具体细节、请通过消息与我联系、我们可以另行讨论。