Condensador de avance en retroalimentación SMPS

Estaba mirando la hoja de datos del inversor TPS63700 DC-DC y me topé con el siguiente esquema. Es un esquema de topología de inversor buck-boost más o menos habitual, excepto por los extraños componentes R4 y C3 . No tengo mucha experiencia en el diseño de SMPS, sin embargo, nunca he visto un circuito de retroalimentación con estos componentes. La hoja de datos dice que

Para acelerar el lazo de control, se recomienda un capacitor de avance de 10 pF en el divisor de retroalimentación, paralelo a R3. Para evitar el ruido de acoplamiento en el lazo de control desde el condensador de alimentación directa, el efecto de alimentación directa puede limitarse al ancho de banda agregando una resistencia en serie R4. Es adecuado un valor en el rango de 100 kΩ. Cuanto mayor sea la resistencia, menor será el ruido acoplado en el sistema de bucle de control.

Entonces, mis preguntas:

  • ¿Qué quieren decir exactamente con "acelerar" el ciclo de control y por qué o cómo mejora el rendimiento?
  • Excepto por el ruido inducido mencionado en el circuito de retroalimentación, ¿existen otros inconvenientes al usar este esquema?
  • ¿En qué topologías SMPS se puede usar esta peculiaridad de retroalimentación (especialmente en las de alto orden como SEPIC, Cuk, etc.)?
  • ¿Debería usarse esta peculiaridad de retroalimentación con otros circuitos integrados y, de no ser así, por qué?

Enlace de la hoja de datos TPS63700: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps63700.pdf

Esquema recomendado de la hoja de datos TPS63700

Respuestas (2)

El Ron de este TPSxxx Out y las cargas 4x C5 forman un LPF con un margen de pérdida de fase de 90 con el beneficio de que Zout se reduce con el aumento de f mientras se atenúa f (PWM).

Para mejorar el sobreimpulso de la respuesta de paso actual, que es una función del margen de fase, los RC agregados aumentan la ganancia del bucle en un factor de 10, mientras se diferencian durante 2 décadas de cambio de fase líder centrado en 45 grados a 2pifC=1/R.

Esto puede mejorar el margen de fase y el error transitorio en los cambios de paso en la entrada o la salida.

Este es un filtro de compensación clásico de "adelanto-retraso" común a muchos sistemas de control. Lo he usado hace 40 años en filtros CMOS PLL Loop para mejorar la velocidad y la estabilidad.

El propósito es reducir el sobreimpulso del error transitorio de paso completo en un sistema de segundo orden con una compensación por el ruido. Los detalles completos se pueden encontrar en cualquier libro de texto del sistema de control.

La hoja de datos simplemente dice:

8.2.2.3 Estabilización del lazo de control

8.2.2.3.1 Divisor de retroalimentación Para acelerar el lazo de control, se recomienda un capacitor de retroalimentación de 10 pF en el divisor de retroalimentación, paralelo a R3. Para evitar el ruido de acoplamiento en el lazo de control desde el condensador de alimentación directa, el efecto de alimentación directa puede limitarse al ancho de banda agregando una resistencia en serie R4. Es adecuado un valor en el rango de 100 kΩ. Cuanto mayor sea la resistencia, menor será el ruido acoplado en el sistema de bucle de control.

——- Es decir , Estabilidad, Velocidad, sin exceso de ganancia de ruido.

Deberías leer para entender lo que significan.

sobrepasar, sonar

Respuesta escalonada, tiempo de subida/bajada de la corriente de carga (reducción de errores más rápida)

La conclusión es que la corriente de demanda no se cumple, hay un voltaje de error en el inicio del evento hasta que se completa el asentamiento. Esto se suma al voltaje de ondulación esperado y es parte de cada fuente de alimentación. Especificaciones.

"El propósito es reducir el exceso de error transitorio de paso completo en un sistema de segundo orden", ¿entonces no se puede usar con un cuarto orden como SEPIC?
Si tiene un sistema de control de alto orden, entonces usa el análisis de raíz dominante de Nyquist cerca de RHP para diseñar un filtro, creo, pero esto podría usarse para muchos sistemas, nuevamente se compensa para mejorar la estabilidad y el tiempo de subida es menos reducción de ruido.

En el arranque, o durante cualquier transitorio de alta frecuencia, el capacitor será efectivamente un cortocircuito. Esto significa que el divisor de voltaje de retroalimentación se verá así:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Debido a esto, el voltaje del pin de retroalimentación será mucho más alto (con respecto a VREF) de lo que sería sin el C3 y el R4. Este voltaje más alto significa que habrá un error más alto, lo que significa que el sistema de control que regula el voltaje de salida avanzará más hacia el voltaje correcto para lograr la estabilización. A medida que tiende a esto, el condensador se volverá cada vez más impedante y, finalmente, la combinación C3/R4 será un circuito abierto y, esencialmente, ni siquiera estará en estado estable.

El único inconveniente es la posibilidad de inestabilidad si elige valores incorrectos. Cada componente en cada parte dentro de un circuito SMPS afecta la función de transferencia y, por lo tanto, puede afectar el rendimiento del dispositivo.

Este método de tener una respuesta más rápida al transitorio/arranque se puede usar en cualquier cosa que tenga algún tipo de mecanismo de retroalimentación con un divisor de voltaje.

¿La razón por la que no lo ves en todas partes? Bueno, en realidad no es necesario. El sistema se estabilizará eventualmente con o sin él. Es solo una buena característica para mejorar el rendimiento de alta velocidad.

Se mejora la estabilidad, no es un inconveniente. El único inconveniente es una ganancia en el ruido de ondulación.