如何验证DC/DC转换器的相位裕度和负载响应之间的折衷取舍问题呢？

可能许多人在 DC/DC 转换器的电路设计中会发现，我们很难调整相位补偿，如果调整得当，对于稳压器输出负载的变动，可以抑制调节器振荡或输出电压的大幅波动。但是如果相位补偿电路调整失败并且相位裕度耗尽，则稳压器输出端会产生较大的振铃，最坏的情况可能是发生振荡。因此我们需要在稳压器输出振荡和抑制负载而引起的输出变化之间进行权衡取舍，这次我们将通过调整相位补偿电路，以检查当相位裕度设置为任意条件 (70°、60°、50°) 时，相位裕度对负载响应特性的影响。

评估环境

本次测量将采用 ADI 的 LT8643S 评估板 (DC2658A)，LT8643S 是一款 42V 耐压同步整流用 MOSFET 内置降压型 DC/DC。与原始评估板相比，LT8643S 唯一的变化是在反馈电阻 R7 之上增加了一个 100Ω 的信号注入电阻。

评估板设置

将评估条件分别设置为：输入电压 8V/12V/16V (3种情况)，输出电压 5V，对应负载电流 1A/3A/6A (3种条件)，同时设置开关频率为 2MHz，如下图 (图1) 所示：

图1 LT8643S 评估板电路图

测量环境

使用稳压电源 KIKUSUI PAN35-20E，连接到评估板 VIN 和 GND。

使用 KIKUSUI PLZ164WS 电子负载，连接到评估板 VOUT-GND。

使用泰克 6 系列示波器，在输出电容 C6 上观察纹波。
- 电源轨探头 TPR1000
- 配件 1.3m，SMA (Ma) – MMCX (Ma)，50Ω 电缆
- 配件 MMCX 连接器 (Wurth Elektoronik 66012002111503)

验证相位裕度和负载响应特性

确认评估板特性

此时我们可以在评估板的初始状态下确认其特性，在确认负载响应特性时，相位裕度为 48.4~58.1°，电压波动为 ±87mV (交越频率 94.7KHz)，纹波电压非常低，为 1.9mV p-p。作为电源电路，它具有非常好的特性，从这种状态出发，我们可以以此验证当相位裕度改变时负载响应特性是如何变化的，如下图 (图2) 所示：

图2 评估板初始状态的特性

调整到最佳相位裕度的条件

下图 (图3) 显示了将相位补偿电路更改为 R4=6.3KΩ 和 C5=1.36nF，并将常数更改为最佳相位裕度状态的结果。从中我们可以确认负载响应特性时，相位裕度为 74.1~82°，电压波动为 ±100mV (交越频率 71.8KHz)。 

图3 最佳相位裕度条件

降低相位裕度以改善负载响应特性

接下来我们需要对相位裕度和负载响进行比较后再权衡取舍。当 FPGA 或 CPU 要求改善负载响应特性时，即便以牺牲相位裕度为代价，也应提高交越频率以改善负载响应特性。在这里我们改变了相位补偿电路的常数而减小相位裕度，以查看负载响应特性最终是否得到改善。

从下图 (图4) 显示的结果可以看出，当相位裕度减小时，交越频率增加，负载响应特性也得到改善。通过提高交越频率，我们能够将电压变化波动控制在 5V 输出 ±70mV (±1.4%)。但是如果要改善负载响应特性，以牺牲相位裕度为代价来提高交越频率，需要将相位裕度至少保持在45°。

图4 相位裕度和负载响应特性

审核编辑：刘清