简介
运用ADC、PLL和RF收发器的现代信号处理体系规划一般需求更低的功耗和更高的体系功能。为这些噪声灵敏的设备挑选适宜的电源始终是体系规划人员的难点。这些规划总是需求在高功率和高功能之间做出取舍。
传统上，LDO稳压器一般被用于为那些噪声灵敏的设备供电。LDO稳压器能够按捺体系电源中经常出现的低频噪声，而且为ADC、PLL或RF收发器供给洁净的电源。可是LDO稳压器一般功率较低，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体系中。在这种状况下，LDO稳压器一般可供给30%至50%的功率，而运用开关稳压器则可完成90%乃至更高的功率。
开关稳压器尽管比LDO稳压器功率更高，但它们的噪声太大，无法在不显着下降ADC或许PLL的功能的一起，直接为它们供电。开关稳压器的噪声源之一是输出纹波，它或许在ADC的输出频谱中表现为显着的信号音或杂散。为防止下降信噪比(SNR)和无杂散动态规模(SFDR)，最大程度地削减开关稳压器的输出纹波和输出噪声十分重要。
为了一起坚持高功率和高体系功能，一般需求在开关稳压器的输出端添加一个次级LC滤波器(L2和C2)，以削减纹波和按捺噪声(如图1所示)。但是，二级LC输出滤波器也具有相应的缺陷。抱负状况下，功率级传输函数的建模为四阶体系，很不安稳。假如再考虑电流环路1的采样数据效应，则完好的操控至输出的传递函数为五阶体系。另一种代替解决计划是检测初级LC滤波器(L1和C1)点的输出电压来安稳体系。但是，当负载电流很大时，由于次级LC滤波器上的压降很大，运用这种办法会导致输出电压调理功能较差，这在某些运用中令人无法承受。
本文提出了一种新的混合反应办法，能够在运用中选用带有次级LC滤波器的开关稳压器为ADC、PLL或RF收发器供给高功率、高功能的电源，一起在所有负载条件下供给满足的安稳性裕量并坚持输出精度。
有些现已宣布的关于带有次级LC输出滤波器的DC-DC转换器的研究性文章2-5，详细而言，《带有低电压/高电流输出的二级DC-DC转换器的操控环路规划》和《带有二级LC输出滤波器的高带宽交流电源的多环路操控计划的比较评价》这两篇文章评论了二级电压形式转换器的建模和操控(该转换器不能直接运用于电流形式转换器)。文章《用于电流形式操控转换器的次级LC滤波器剖析和规划技能》和《用于多模块转换器体系的三环路操控》评论了带有次级LC滤波器的电流形式转换器的剖析和建模。不过，这两篇文章都假定次级电感的电感值比初级电感小得多，这在实践运用中并不总是适宜。
图1.带有次级LC滤波器的电流形式降压转换器的电路图。
本文剖析了具有次级LC滤波器的降压转换器的小信号建模。提出了一个新的五阶操控至输出的传递函数，不管外围电感和电容参数怎么，都十分准确。提出了一种新的混合反应办法，可在供给满足的安稳性裕量的一起坚持输出电压杰出的直流精度。初次剖析了反应参数的限值，为实践规划供给了根本根据。根据功率级小信号模型和新的混合反应办法，规划了补偿网络。运用奈奎斯特图评价了闭环传递函数的安稳性。供给了一个根据电源办理产品ADP5014的简略规划实例。凭借次级LC滤波器，ADP5014在高频规模内的输出噪声功能乃至优于LDO稳压器。
附录I和附录II别离列出了功率级和反应网络所需的小信号传递函数。
功率级小信号建模
图2显现了对应于图1的小信号框图。操控环路由内部电流环路和外部电压环路组成。电流环路中的采样数据系数He(s)是指Raymond B. Ridley在《用于电流形式操控的新式接连时刻模型》中提出的模型。请注意，在图2所示的简化小信号框图中，假定输入电压搅扰和负载电流搅扰为零，由于本文不评论与输入电压和负载电流相关的传递函数。
图2.带有次级LC滤波器的电流形式降压转换器的小信号框图。
降压转换器示例
运用电流形式降压转换器所演示的新的小信号模型具有以下参数：
► Vg = 5 V
► Vo = 2 V
► L1 = 0.8 μH
► L2 = 0.22 μH
► C1 = 47 μF
► C2 = 3× 47 μF
► RESR1 = 2 mΩ
► RESR2 = 2 mΩ
► RL = 1 Ω
► Ri = 0.1 Ω
► Ts = 0.833 μs
电流环路增益
咱们关怀的第一个传递函数是在占空比调制器的输出点测得的电流环路增益。由此发生的电流环路传递函数(见附录I中的公式16)表现为具有两对复数共轭极点的四阶体系，该体系发生两个体系谐振频率(ω1和ω2)。这两个谐振频率均由L1、L2、C1和C2决议。负载电阻RL以及C1和C2发生主零点。一对复数共轭零点(ω3)由L2、C1和C2决议。此外，电流环路中的采样数据系数He(s)将在开关频率的1/2处引进一对复数的右半平面(RHP)零点。
与不带次级LC滤波器的传统电流形式降压转换器比较，新的电流环路增益添加了一对复数共轭极点和一对复数共轭零点，而且它们互相的方位十分挨近。
图3.降压转换器电流环路增益。
图3显现了具有不同外部斜坡值的电流环路增益图。关于没有外部斜率补偿(Mc= 1)的状况，能够看出电流环路中的相位裕量十分小，这或许导致次谐波振动。经过添加外部斜率补偿，增益和相位曲线的形状不会改动，但增益的起伏将减小，相位裕量将添加。
