调整车载DC/DC转换器环路特性的重要性和注意点

初级车载 DC/DC 转换器的环路特性

环路特性，即内部误差放大器的相位裕量和增益裕量，是使 DC/DC 转换器在一定规格内获得稳定工作的重要因素之一。由于相位裕量和增益裕量的概念和计算公式取决于电路中使用的外围元件和规格，因此如果存在变化较大的元件，则需要进行相应的调整，特别是 +B 需要较宽的电压范围，并且直接连接的 DC/DC 转换器由于与外围元件纠缠而需要仔细调整。本文以 12V 的车用铅电池 (以下简称 +B) 为电源，解说关于 DC/DC 初级侧的相位余量调整的注意点，并利用以下两种电源仿真进行比较：

使用 AC 适配器 (12V 输出) 作为电源的应用

例如在使用交流适配器 (12VDC 输出) 作为电源的应用中，在设计时通常需要注意大约 ±10% 的输入电压变化。

+B 供电的应用程序

在大多数情况下，9Vin~16Vin 被认为是 +B 最初的设计值，此外还必须考虑冷启动因素，在低于 9Vin 的电压下预计需要稳定工作 (例如 IC 端电压为 5V)。

使用 LTPowerCAD 进行仿真

接下来用 LTpowerCAD 模拟相位裕量和增益裕量。定数 ⇒ LTC7803：12Vin/3.3Vout、Iout=20A、Fsw=500KHz、Ith：R3=10KΩ、C8=560pF、C4=22pF

图1 LTC7803 仿真电路图

由交流适配器供电应用结果 (12V 输出)

图2 假设使用交流适配器的波特图 (12Vin±10%)

表1 使用交流适配器时的仿真结果 (12Vin±10%)

+B 供电的应用结果

图3 假设有冷启动 (5Vin~16V) 下 +B 的波特图

表2 假设有冷启动 (5Vin~16V) 下 +B 的仿真结果

从仿真结果中发现的差异

根据以上仿真结果可知，当 +B 为 5V 时，环路特性存在明显差异，这被认为是宽输入范围的影响。虽然从一般的角度来看，这种仿真的结果似乎不是一个坏值，但在这个仿真中，环境温度被设置为 Ta = 25°C，因此如果在实际机器上测试温度波动后会有进一步的差异，则可能需要进行调整。在汽车应用中，Ta=-40°C~85°C 是基本温度环境，需要根据安装位置不同调整 Ta=-40°C~125°C。

如何调整环路特性

R3：调整交越频率“Fc”

Fc 是增益为 0dB 时的频率，Fc 小，则电阻降低，Fc 大，则电阻增加。相位裕量和负载响应能力有折衷倾向。与其通过降低 FC 来确保相位裕量的难度，不如调整响应，反之亦然，可以依此调整以适应应用。

C8：增益调整

容量值减少→增益小，容量值增加→增益大。在高增益下，建立时间趋于增加，但负载响应的过冲/下冲电压可以降低，所以变化不会太大。较小的增益导致过冲/下冲电压较小，建立时间较短，但相位裕量相对于 Fc 增加的趋势趋于减小。

C4：形成高频极 (用于降噪)

预计它主要在降低高频带的噪声方面有效。

Cff：相位提前调整 (在本例中设置为 0pF)

推进高频相位以改善负载响应特性，应根据相位裕量进行调整。

总结

本文利用两种电源仿真，介绍了车载用 DC/DC 转换器的环路特性调整的重要性和注意点。