预测UCC289X有源钳位正向转换器的环路稳定性技术方案
作者： Richard Yang，德州仪器 (TI)中国Power FAE
摘要
本文中，我们利用连续电感器电流条件下有源钳位正向转换器的峰值电流模式（PCM）改进型小信号模型，预测UCC289X应用的实际环路稳定性。为了验证计算结果的有效性，我们通过实际测量基于UCC2897 EVM样机，并建立UCC2897A仿真模型来进一步证明。其结果表明，基于改进型小信号模型的计算结果也可以精确地预测实际环路稳定性。
1、引言
随着电源可靠性评估的不断发展，使用特定环路分析仪器进行环路稳定性测试成为目前唯一必不可少的要求。但是，在实际开发过程中，工程师们常常在环路稳定性功能调试上面花费太多的时间。例如，使用有源钳位转换器时，我们总是会碰到环路稳定性问题，因为很难在大信号负载动态和小信号环路稳定性之间实现一种较好的平衡，特别是在峰值电流控制模式下更是如此。在大信号负载动态优化方面，MOS电压应力有巨大的影响力。为了获得较好的优化，工程师们通常会花费大量的时间重复调试环路稳定性。
由于其小信号模型并不准确，因此对于这种计算方法是否适用于实际测量存在争议，但是如果可以得到准确的小信号模型，则这个问题便可以迎刃而解。
本文的目标是建立一个计算平台，根据UCC289X应用所使用有源钳位正向转换器的改进型CCM小信号模型来验证环路稳定性。图1显示了实际EVM验证举例，另外，本文还将为你提供许多比较数据。最后，经过证明，使用UCC289X应用时，环路稳定性计算对于开发期间的实际设计和调试都非常有用。
图1 基于EVM的原理图
2、功率级传输函数计算
请参见图1所示原理图的BOM。下表列出了功率级参数。
| 功率级参数的定义 | 参数 | 数值 |
| 输入与输出规范 |
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| 输入电压 | Vin | 48 |
| 输出电压 | Vo | 3.3 |
| 输出电流 | I负载 | 30 |
| 变压器匝比（Ns/Np） | N | 0.1667 |
| 电源转换效率 | ? | 0.9 |
| 最大占空比设置 | Dmax | 0.65 |
| 运行时间 | T | 4u |
| 输出级参数 |
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| 输出电感 | L | 2u |
| 输出电感的等效电阻 | RL | 5m |
| 输出电容（两个并联330u） | C | 660u |
| 输出电容 ESR | Rc | 5m |
| 一次谐振参数 |
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| 磁化电感 | Lm | 100u |
| 谐振电容 | Cc | 40n |
| Fsw 下的等效有源电阻 | Rw | 1 |
| 一次侧电流检测电路参数 |
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| 检测电阻 | Rs | 4.64 |
| 电流电感器 | Nt | 100 |
| UCC289X 斜率参数 |
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| 电阻1 的斜率补偿 | Rslope | 158K |
| 电阻2 的斜率补偿 | Rf | 1.82K |
求解工作占空比为：
输出负载计算得到：
等效主检测电阻为：
求解mc为：
由前面的一些参数，可使用MathCAD或者模拟软件绘制出该传输函数的波特图和相位特性图
其中：
对于UCC289X应用来说，系数KC由内部分电阻器决定；它被设置为0.2，则控制到输出传输函数的最终功率级传输函数为：
图2显示了计算结果：
图2 控制到输出传输函数的波特计算
3、反馈环路的传输函数
在UCC2897X应用中，电压补偿电路大多与图3所示电路一起使用。
图3 电压补偿电路
OPTO建模，对获得反馈环路传输函数最为重要。正常情况下，准确建模取决于两个参数。第一个参数为OPTO的CTR，它取决于其稳定值，并可轻松求解得到。很多时候，第二个参数有些难以得到，因为其具有高频特性。
图4 开关时间对比SFH690BT相关负载电阻