3 고정 주파수 DCS 제어 토폴로지 개요

그림 2 에서는 15A TPS62873 벅 컨버터에 구현된 고정 주파수 DCS 제어 토폴로지의 기본 블록 다이어그램을 보여줍니다. 오실레이터를 추가하면 전압 또는 전류 모드 제어와 동일한 방식으로 스위칭 주파수(f_sw)를 직접 설정할 수있습니다. 제어 루프에 오실레이터 입력을 사용하면 스위칭 주파수를 적용된 클록 신호에 동기화할 수 있는 기능도 제공합니다.

일반적으로 고전류 장치에 사용되는 고정 주파수 DCS 제어는 차동 원격 센서를 사용합니다. 장치는 VOSNS와 GOSNS 핀 사이의 전압을 조정하는데, 이는 PCB(인쇄 회로 보드)를 통해 라우팅되어 부하에서 직접 출력 전압을 감지합니다. 부하의 감지는 PCB 플레인과 트레이스 전반의 DC 전압 강하뿐만 아니라 장치와 부하 사이의 인덕턴스에서 발생하는 지연을 극복하고 보상합니다. 이러한 특성은 부하 범위 전체에 걸쳐 매우 엄격한 레귤레이션을 유지하는 데 중요합니다.

차동 원격 감지 신호는 트랜스컨덕턴스 증폭기(g_m)에 입력되어 있으며, 이는 출력 전압 설정값과 차이를 비교합니다. (단순성을 위해 그림 2이 설정값을 GOSNS 신호와 직렬로 연결된 전압 소스로 표시합니다.) COMP 핀은 이 증폭기의 출력을 제공하며 타입 II(폴 1개, 제로 1개) 네트워크를 접지로 보상합니다.

이 외부 보상을 사용하면 제어 루프를 시스템 요구 사항에 맞게 최적화할 수 있습니다. 출력 커패시턴스가 큰 강력한 부하 과도가 있는 시스템에서 출력 커패시턴스가 매우 작고 크기가 작거나 부하 과도 현상이 없는 시스템까지 모든 요구 사항에 맞게 최적화할 수 있습니다. DCS 제어와 달리 빠른 피드백 경로는 콤퍼레이터로 바로 연결되지 않고 이 증폭기를 거치며, 보상 구성 요소 선택에 따라 게인을 증가(또는 감소)시킬 수 있습니다. 더 강력한 과도 응답이 필요할 경우 게인을 높이고 출력 커패시턴스를 추가해야 합니다. 애플리케이션에 강력한 과도 현상이 없는 경우, 가장 작은 크기를 구현하기 위해 게인을 줄이고 최소 출력 커패시턴스를 사용합니다.

애플리케이션 요구 사항에 대한 과도 응답을 조정할 수 있는 기능은 이전 DCS 제어 토폴로지보다 가혹한 과도현상에서도 더 엄격한 조정을 가능하게 하며 TI의 Jacinto ™ J7 및 MobileEye의 EyeQ6[3-4] 같은 까다로운 프로세서 코어 요구 사항을 충족합니다. 그림 3 은 출력 전압을 0.875V 설정값의 ± 2% 이내로 유지하면서 46A 부하 과도를 제공하는 세 개의 TPS62876-Q1 벅 컨버터 스택을 보여줍니다.

이력 콤퍼레이터는 COMP 핀 출력과 τ_aux 구성 요소에 의해 생성된 인덕터 전류의 복제본을 비교하고 하위 고조파 진동을 방지하기 위해 기울기 보상이 추가되어 있습니다. 콤퍼레이터의 출력은 클록과 함께 SR(설정 리셋) 래치 회로를 구동하며, 이는 게이트 드라이버 및 장치 작동을 제어합니다. 오실레이터는 스위칭 주파수에서 정확하게 발생하도록 스위칭을 제어합니다.

설정-리셋 래치는 제어 블록의 자세한 작동 상태를 간단하게 표현하며 DCS 제어의 빠른 히스테리시스 특성을 유지하여 부하 과도현상에 대한 즉각적인 응답을 가능하게 해 줍니다. 예를 들어 부하 덤프 과도 상태(출력 전압이 상승하는 경우) 동안 이력 콤퍼레이터의 출력이 클록 신호보다 우선합니다. 컨버터는 필요에 따라 고압측 MOSFET의 오프 타임을 연장하여 최소 오버슈트로 출력 전압을 다시 낮춥니다. 이는 모든 클록 사이클에서 전환하여 출력이 너무 높을 때에도 계속해서 에너지를 추가하는 교과서적인 피크 전류 모드 제어에 비해 본질적으로 향상된 동작입니다. 출력 전압 오버슈트를 줄이면 컨버터는 출력 커패시턴스를 크게 감소시키며, 이는 전원 공급 장치의 비용과 크기에 큰 영향을 미칩니다.