CN102170230A

CN102170230A - 一种直流电源补偿回路中的参数选配方法

Info

Publication number: CN102170230A
Application number: CN2011100851310A
Authority: CN
Inventors: 刘洪梅; 宋晓峰; 鞠华方
Original assignee: Inspur Beijing Electronic Information Industry Co Ltd
Current assignee: Inspur Beijing Electronic Information Industry Co Ltd
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明提供了一种直流电源补偿回路的参数选配方法，包括：根据直流电源输出回路的性能指标和反馈元件参数产生的第一零点估算输出元件参数的范围；将输出元件参数产生的极点位置调整在第一零点位置之后，据此确定输出元件参数。本发明将输出回路与补偿回路的补偿作用结合，通过两者的协调而达到输出响应性能最优，并将成本降至最低。

Description

一种直流电源补偿回路中的参数选配方法

技术领域

本发明涉及直流供电电源电路装置，尤其涉及直流电源补偿回路的参数选配方法。

背景技术

目前服务器和存储设备类产品的竞争越来越激烈，成本也要求越来越低。其中，直流电源成本是这类产品主板及其它板卡上成本组成中非常重要的一部分，故这部分成本的降低将直接关系到产品整体的成本以及产品的竞争力。

一般来说，在主板上的直流大负载电源设计所采用都是降压型电路，其电压调整模块(VR，Voltage Regulated)模式一般采用电压调整模式，该VR调整输出电压所采用的补偿回路大多都是二阶或者三阶的补偿回路。补偿回路的设计对于直流电源系统的稳定性以及满足电源输出的动态响应来说至关重要，会直接关系到直流电源的性能及成本是否具有竞争优势。

如图1所示，是现有的直流电源电路的补偿回路，它通过输出回路的输出电感Lout和输出电容Cout(Cout1、Cout2)引出了数字反馈电压，经数模转换器D/A转换成模拟反馈电压，并通过误差放大器反馈给一比较器。

一般设计人员进行直流电源补偿回路设计的时候，对于输出电感Lout参数的选择都会采用理论计算值或者比理论计算值偏大的电感值，以求达到输出的直流电源电压纹波更小的目的；对于输出电容的选择也会尽量采用理论计算出的总输出电容值及确定的实际使用电容的数量，以求达到直流电源输出动态响应更好的目的。譬如，图1所示的补偿回路设计方案如下：

R1＝1.4KΩ，R2＝3.6KΩ，R3＝59Ω，C1＝10nF，C2＝0.68nF，C3＝22nF；

Cout＝1410μF，Cout的直流等效电阻ESR＝2.33mΩ；

Lout＝1μH，Lout的直流等效电阻DCR＝5.8mΩ。

以上补偿电路的设计存在以下缺点：

a.对直流电源输出电压测试脉宽抖动的结果如图2所示，可看出该脉宽抖动较严重，表示输出响应过于灵敏而极不稳定；

b.输出电容Cout的总容量值为1410μF，需要有3个470μF的输出电容并联(图1中只示意性地给出两个)；输出电感Lout需要1μH，总体来看成本非常高。

由此可见，以上设计所带来的系统往往不是成本最优且性能最好，甚至是不稳定的系统；既增加了产品成本，又没有良好的产品质量保证。

因此，需要针对现有的直流电源补偿回路的设计中的上述诸多问题加以解决，提供一种补偿回路的参数选配方法，能够确保直流电源性能良好的前提下降低电路成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种直流电源补偿回路中的参数选配方法，能在确保直流电源性能良好的前提下降低电路成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直流电源补偿回路中的参数选配方法，包括：

根据直流电源输出回路的性能指标和反馈元件参数产生的第一零点估算输出元件参数的范围；

将输出元件参数产生的极点位置调整在第一零点位置之后，据此确定输出元件参数。

进一步地，根据直流电源输出回路的性能指标和反馈元件参数产生的第一零点估算输出元件参数的范围，具体包括：

确定直流电源输出回路的性能指标，除包括动态响应外，还包括纹波要求及抖动要求中的一种或两种；

根据性能指标和所述补偿回路中一反馈电阻的电阻值和一反馈电容的电容值产生的第一零点，估算出输出电感的电感值和输出电容的电容值范围。

进一步地，将输出元件参数产生的极点位置调整在第一零点位置之后，据此确定输出元件参数，具体包括：

将输出电感和输出电容所产生的双极点的位置确定在第一零点位置之后，由此确定输出电感的电感值和输出电容的电容值。

进一步地，该方法还包括：根据调整的第一零点位置确定补偿回路参数。

进一步地，根据调整的第一零点位置确定所述补偿回路参数，即确定反馈电阻的电阻值和/或反馈电容的电容值。

进一步地，该方法还包括：

确定第二零点位置，以调整带宽。

进一步地，确定第二零点位置，以调整带宽，具体包括：

调整其它反馈电阻的电阻值和/或其它反馈电容的电容值，使得第二零点位置靠近第一零点位置，直至符合带宽的要求。

本发明针对直流电源补偿回路中基于零、极点先后位置进行补偿调整，并从整体上考虑补偿回路以及输出回路的参数设计，而不是把两者割裂起来，即对输出回路不必按照最优的元件参数配置进行设计，而是将输出回路与补偿回路的补偿作用结合，通过两者的协调而达到输出响应性能最优，并将成本降至最低。

附图说明

图1为现有的直流电源补偿回路结构示意图；

图2为采用现有的补偿回路方案的直流电源输出电压脉宽抖动测试结果；

图3为本发明的补偿回路中的参数选配方法实施例的流程图；

图4是采用本发明改进的补偿回路后的直流电源输出电压脉宽抖动测试结果；

图5为采用本发明改进的补偿回路后的直流电源输出动态响应测试结果。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。以下例举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

本发明提供的直流电源补偿回路中的参数选配方法实施例，其流程如图3所示，包括如下步骤：

110：根据直流电源输出回路的性能指标和反馈元件参数产生的第一零点估算输出元件参数范围；

直流电源要求在输入电压Vin为5V下输出回路具有以下输出性能指标：

输出电压Vout＝1.0V，I_MAX＝12A；

Vout：纹波要求：60mV，抖动要求：不超过10％，动态响应：100mV；

根据直流电源输出回路的上述输出性能指标和补偿回路(请参见图1)中反馈电阻R2(3.6K)和反馈电容C1(10nF)产生的第一零点，估算出输出电感Lout的范围在(0.4uH～1uH)之间，输出电容Cout大于460uF。

120：将输出元件参数产生的极点调整在第一零点位置之后，据此确定输出元件参数；

如果LC双极点的转折频率在电阻R2和电容C1产生的第一零点之前，会使得传递函数(输出特性/输入特性)以-60dB的斜率下降，这将导致传递函数的带宽非常小；因此，需要将输出电感Lout和输出电容Cout所产生的双极点确定在上述第一零点之后，由此选择合适的输出元件参数：Lout＝0.68μH，Cout＝470μF。

130：根据调整的第一零点位置确定反馈元件参数，并确定第二零点位置，以调整带宽。

由于将Lout、Cout产生的双极点确定在第一零点之后，有可能需要调整第一零点的位置，即通过调整反馈电阻R2的阻值和/或反馈电容C1的容值来调整第一零点的位置向前移动，从而将LC双极点的转折频率调整在第一零点之后；因此电阻R2的阻值或电容C1的容值在第一零点位置确定之后才会确定。

确定第二零点的位置靠近双极点位置，直至符合相应的带宽要求。

该第二零点的位置是通过调整补偿回路中其它反馈电阻的阻值和其它反馈电容的容值来实现的。

最终，补偿回路整体设计如下：

R1＝1.4K，R2＝3.6K，R3＝59Ω C1＝10nF，C2＝0.68nF，C3＝22nF

Cout＝470μF，ESR＝7mΩ Lout＝0.68μH

如图4所示，表示了补偿回路参数经本发明的上述方法实施例进行选配后对输出电压脉宽抖动测试的结果，可看出该脉宽抖动大大降低(只局限于两条虚线范围内)，完全符合抖动不超过10％的要求。

如图5所示，表示了补偿回路参数经本发明的上述方法实施例进行选配后对输出电压纹波测试的结果，可看出该纹波完全限制在60mV之内而符合纹波要求。

图1所示的补偿回路参数经本发明的上述方法实施例进行选配，使得输出回路的输出性能既能符合动态响应和抖动要求，同时还因为避免盲目增大输出参数而降低了补偿回路的元件成本，从而有效地降低了设备产品成本。因此本发明的上述方案在满足输出性能要求的前提下对电路成本上做了优化，是一种非常好的方案。

以上说明仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种直流电源补偿回路中的参数选配方法，包括：

将所述输出元件参数产生的极点位置调整在第一零点位置之后，据此确定输出元件参数。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据直流电源输出回路的性能指标和反馈元件参数产生的第一零点估算输出元件参数的范围，具体包括：

确定所述直流电源输出回路的性能指标，除包括动态响应外，还包括纹波要求及抖动要求中的一种或两种；

根据所述性能指标和所述补偿回路中一反馈电阻的电阻值和一反馈电容的电容值产生的第一零点，估算出输出电感的电感值和输出电容的电容值范围。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述输出元件参数产生的极点位置调整在第一零点位置之后，据此确定输出元件参数，具体包括：

将所述输出电感和所述输出电容所产生的双极点的位置确定在所述第一零点位置之后，由此确定输出电感的电感值和输出电容的电容值。

4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括：根据调整的第一零点位置确定所述补偿回路参数。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，根据调整的第一零点位置确定所述补偿回路参数，即确定所述反馈电阻的电阻值和/或所述反馈电容的电容值。

6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

确定第二零点位置，以调整带宽。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，确定第二零点位置，以调整带宽，具体包括：

调整其它反馈电阻的电阻值和/或其它反馈电容的电容值，使得所述第二零点位置靠近所述第一零点位置，直至符合所述带宽的要求。