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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Design Deshalb ist zur

Design Deshalb ist zur Minimierung des DC-Regelfehlers eine große DC-Verstärkung von A(s) erforderlich. Zur Maximierung der DC-Verstärkung von A(s) muss zur Bildung eines Integrators zuerst ein Kondensator C th am ITH-Pin des Verstärkerausgangs platziert werden. Dann ist die Übertragungsverstärkung A(s): Bild 25: Schritt 2: Hinzufügen der RTH Nullstelle zur Boostphase – Kompensation A(s) mit einer Polstelle und eine Nullstelle (17) Mit der Auswahl von K REF, C 1 und C 2 ergibt sich ein Kompromiss zwischen dem gewünschten Phasenanstieg und dem unerwünschten Anstieg der Verstärkung bei hohen Frequenzen. Für die Optimierung der Werte muss die Gesamtschleifenverstärkung später geprüft werden. Blockdiagramm in Bild 21, kann der Regelfehler der Spannungsschleife wie folgt quantifiziert werden: (19) (20) Bild 23 zeigt die Schaltung von A(s) samt Bode-Diagramm. Der Kondensator C th erzeugt den Integrationsterm in A(s) mit einer unendlich großen DC-Verstärkung. Leider wird zu den -180 Grad der negativen Rückkopplung bestehenden Phase durch C th eine zusätzliche –90-Grad Phasenverzögerung hinzugefügt. Zusammen mit den –90 Grad der Systemleistungsstufe 1.Ordnung G CV (s) ist die Phase der gesamten Spannungsschleifen bei der Crossover- Frequenz f C nahe –360 Grad, und die Schleife ist kurz davor instabil zu werden. In Realität ist die Ausgangsimpedanz der Stromquelle g m Verstärkers nicht unendlich. In Bild 24 ist R O die interne Ausgangsresistanz am gm-ITH-Pin des Verstärkers. Bei den Controllern von Linear Technology ist R O gewöhnlich groß im Bereich 500 kΩ – 1 MΩ. Deshalb folgt die Übertragungsfunktion A(s) mit dem Kondensator C th der Gleichung 21. Wie in Bild 24 gezeigt, hat A(s) weiter –90 Grad Phasenverzögerung bei der erwarteten Crossoverfrequenz f C_exp . Design eines Typ-II- Kompensationsnetzwerks des Spannungsschleifen-ITH- Fehlerverstärkers Die ITH-Kompensation A(s) ist der kritischste Teil der Schleifenkompensation, da sie die DC-Verstärkung, die Crossover- Frequenz (Bandbreite) und die Phasen/ Verstärkungsmarge der Spannungsschleife bestimmt. Für einen g m -Transconductance- Typ-Verstärker mit Stromquellenausgang wird die Übertragungsfunktion A(s) nach Gleichung 18 bestimmt: (18) mit g m als die Verstärkung des Transconductance-Fehlerverstärkers. Z ith (s) ist dabei die Impedanz des Kompensationsnetzwerks am Verstärker Ausgangspin ITH. Nach dem Bild 26: Schritt 3: Hinzufügen eines Hochfrequenz- Entkopplungskondensators C thp – Kompensation A(S) mit zwei Polstellen und einer Nullstelle 60 hf-praxis 4/2017

Design (21) mit (22) Um die Phase bei f C zu erhöhen, wird ein Widerstand R th in Serie zu C th geschaltet, um eine Nullstelle zu erzeugen, wie es Gleichung 23 und Bild 25 zeigen. Die Nullstelle bestimmt eine Phasenverzögerung von +90 Grad. Und wie in Bild 25 gezeigt, kann, wenn die Nullstelle s thz unter der Crossover-Frequenz f C liegt, die A(s)’s Phase bei f C stark ansteigen. Als Ergebnis daraus wird die Phasenmarge der Spannungsschleife erhöht. (23) Bild 27: Konzeptioneller Plot der Übertragungsfunktion eines Typ II Kompensationsnetzwerks Bild 28: Einfluss von C th auf Übertragungsfunktion und Lasttransienten mit (24) Als Kehrseite ergibt sich - durch das Hinzufügen der Nullstelle s thz -, dass die Verstärkung von A(s) bei hohen Frequenzen über f c stark ansteigt. Das Schaltrauschen gelangt möglicherweise mit geringerer Unterdrückung bei der Schaltfrequenz in die Regelschleife. Um den Verstärkungsanstieg zu kompensieren und ebenso das Rauschen der Leiterplatte, ist es notwendig, einen weiteren kleinen Keramikkondensator C thp zwischen dem ITH-Pin und der IC Signalmasse hinzuzufügen, wie in Bild 26 gezeigt. Typisch ist C thp

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel