带有次级LC滤波器的电流模式 降压转换器的建模与控制

作者:Ricky Yang

简介

利用ADC、PLL和RF收发器的现代信号处理系统设计通常需要更低的功耗和更高的系统性能。为这些噪声敏感的设备选择合适的电源始终是系统设计人员的难点。这些设计总是需要在高效率和高性能之间做出取舍。

传统上,LDO稳压器通常被用于为那些噪声敏感的设备供电。LDO稳压器能够抑制系统电源中经常出现的低频噪声,并且为ADC、PLL或RF收发器提供干净的电源。但是LDO稳压器通常效率较低,尤其是在LDO稳压器必须将高于输出电压几伏的电源轨降压的那些系统中。在这种情况下,LDO稳压器通常可提供30%至50%的效率,而使用开关稳压器则可实现90%甚至更高的效率。

开关稳压器虽然比LDO稳压器效率更高,但它们的噪声太大,无法在不显著降低ADC或者PLL的性能的同时,直接为它们供电。开关稳压器的噪声源之一是输出纹波,它可能在ADC的输出频谱中表现为明显的信号音或杂散。为避免降低信噪比(SNR)和无杂散动态范围(SFDR),最大程度地减少开关稳压器的输出纹波和输出噪声非常重要。

为了同时保持高效率和高系统性能,通常需要在开关稳压器的输出端增加一个次级LC滤波器(L2和C2),以减少纹波和抑制噪声(如图1所示)。然而,二级LC输出滤波器也具有相应的缺点。

图1. 带有次级LC滤波器的电流模式降压转换器的电路图。

理想情况下,功率级传输函数的建模为四阶系统,很不稳定。如果再考虑电流环路1的采样数据效应,则完整的控制至输出的传递函数为五阶系统。另一种替代解决方案是检测初级LC滤波器(L1和C1)点的输出电压来稳定系统。然而,当负载电流很大时,由于次级LC滤波器上的压降很大,应用这种方法会导致输出电压调节性能较差,这在某些应用中令人无法接受。

本文提出了一种新的混合反馈方法,能够在应用中采用带有次级LC滤波器的开关稳压器为ADC、PLL或RF收发器提供高效率、高性能的电源,同时在所有负载条件下提供足够的稳定性裕量并保持输出精度。

详文请阅:带有次级LC滤波器的电流模式 降压转换器的建模与控制

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