数字电源UCD92xx 输出电压波形的优化

非线性增益，同时将Gain0 由1 修改为0.5；这可以降低环路的低频增益，最终降低环路带宽；2）将AFE 的Gain 由4 修改为1，同样可以降低环路带宽。1 倍的Gain 将使AFE 的输出的精度变差，并最终影响到输出电压，但考虑到软启动阶段对输出电压的精度要求略低，因此可以上述修改可以接受。

　　需要说明的是，为保证正常运行时输出电压的性能（精度，动态性能等），正常运行时对应的环路参数将保持不变。

　　图 9：优化软启动环路参数

　　图10 所示的是优化环路后的输出电压波形，可以观察到在软启动阶段的"台阶"现象消失，波形平滑。

　　图11 是将时间轴展开后的输出电压波形，可以观察到其步进的时间依然是100us，步进的幅度为24mV（与理论值25mV 基本一致），但每一次的步进不再是突然增加，而是缓慢增加。因此，输出电压波形变得较为平滑。

　　图 10：优化后的软启动波形 图 11：展开时间抽观察输出电压波形

　　但是，在图10 所示的波形中可以观察到，输出电压在启动时刻有一个正向过冲并很快回落。严格意义上，该过冲会影响输出电压波形的单调性，在一些应用场景中是不运行的。下文将针对该过冲进行优化。

　　3 调整最小驱动时间进一步优化输出波形

　　优化环路后输出电压在软启动阶段变得较为平滑，但会存在一个明显的过冲，需要进行优化。下文通过调整最小占空比宽度来消除该过冲。

　　3.1 数字电源软启动的kick-start

　　图12 中所示的是数字电源的输出电压软启动示意图。在开始时刻，输出电压有一个快速的上升，称之为"Kick-start"。 Kick-start 的幅度是根据下面公式计算出的：

　　Vstart =Vin×DRIVER_MIN_PULSE × Fsw

　　其中，DRIVER_MIN_PULSE 是指UCD92xx 发出的最小占空比的宽度，允许用户自行设定。

　　图 12：输出电压软启动

　　以图10 为例，输出电压Kick-start 的幅度约为185mV。其DRIVER_MIN_PULSE 设置为50ns，理论计算Kickstart的幅度为：12V×50ns×300KHz=180mV。实际值与理论值基本一致。

　　3.2 调整最小占空比宽度

　　将DRIVER_MIN_PULSE 由目前的50ns 修改为5ns，以验证其对输出电压的过冲有无改善。图13 即为输出电压波形，可以观察到过冲已经消失，但在起始时刻，输出电压不再平滑。

　　分析原因可知，当DRIVER_MIN_PULSE 设置为5ns 后，虽然UCD9224 可以发出宽度为5ns 的驱动脉冲，但UCD74120 对最小占空比的宽度有要求，5ns 的宽度不足以使集成在UCD74120 内部的buck 上管导通，从而造成了输出电压上升的不平滑。

　　图 13：最小占空比宽度修改为5ns 后的输出电压波形

　　过小的DRIVER_MIN_PULSE 值会使输出电压在起始时刻变得不再平滑；过大的DRIVER_MIN_PULSE 的值则会带来正向过冲。因此，需要找到一个平衡点。

　　逐步增大DRIVER_MIN_PULSE 的值，当设置为43ns 时，达到了较为理想的平衡点，输出电压的波形如图14所示，输出不再有正向过程，而且在整个软启动阶段输出电压波形都比较平滑。

　　此时，输出电压Kick-start 的幅度约为160mV。其DRIVER_MIN_PULSE 为43ns，理论计算Kick-start 的幅度为：12V×43ns×300KHz=154.8mV。实际值与理论值基本一致。

　　图 14：最终优化的输出电压波形

　　4 结论

　　通过修改AFE 的增益值和禁止非线性增益等措施优化软启动对应的环路参数后，可以消除输出电压的"台阶"现象，使波形单调平滑上升。正常运行的环路参数无需改动，保证了其较高的带宽，从而使输出电压的精度和动态响应等指标保持不变。

　　通过优化最小占空比的宽度，可以消除在kick-start 之后的正向过程，使输出电压波形单调平滑。

　　综上两类优化措施，最终可以使输出电压波形在整个软启动阶段单调平滑。

　　5 参考文献

　　1. UCD92xx-Design-Guide， Texas Instruments Inc.， 2011

　　2. UCD9224 datasheet， Texas Instruments Inc.， 2010

　　3. UCD74120 datasheet， Texas Instruments Inc.， 2012