Почему запас по фазе считается более важным, чем запас по усилению в преобразователях постоянного тока?

Для многих преобразователей постоянного тока на выходе имеется «достаточно» резонансный фильтр нижних частот, который «достаточно» быстро изменяет свой фазовый угол от 0 до 180 градусов на короткой части спектра. Вот общая идея использования L = 100 мкГн и C = 100 мкФ с эффективным последовательным сопротивлением катушки индуктивности 0,3 Ом:

Источник калькулятора .

Так что в этой области возможна нестабильность (из-за системы обратной связи, которая пытается поддерживать Vout на постоянном уровне). Фазовый угол изменяется на 180 градусов, поэтому он может преобразовать отрицательную обратную связь в пограничную положительную обратную связь. Решение состоит в том, чтобы применить схему опережения фазы «внутри контура», которая предотвращает приближение фазового угла к 180 градусам, в то время как амплитуда все еще больше единицы.

Это поднимает базовый фазовый угол (приближается к более высоким частотам) до чего-то гораздо меньшего (и более стабильного), чем 180 градусов. Обратите внимание, что коэффициент усиления кремниевого усилителя, используемого в контуре обратной связи, обычно во много раз превышает точку пересечения фильтра. В этой точке единичного усиления определяется запас усиления, поэтому он не должен быть в значительной степени связан с точкой пересечения сети LC.

Итак, сразу же предпочтительный «разговор» касается запаса по фазе и противодействия тому, что LC-схема делает с фазовым углом. Нагрузка на выходе может быть довольно легкой, и это увеличит высоту резонансного пика, и, таким образом, точка, в которой усиление проходит через единицу, сдвинется к более высокой частоте, но для изменения фазового угла это произойдет близко к Fn и именно эта часть спектра доставляет дизайнеру наибольшую головную боль.

Другими словами, мы знаем, каков наихудший сценарий — фаза быстро меняется, следовательно, мы говорим об использовании фазового компенсатора, чтобы этот фазовый угол не стал равным 180 градусам.

Этот тип приложения подходит для обсуждения запаса по фазе, а не запаса по усилению.

В общем, хотя есть исключения, предостережения и тонкости, запас по фазе больше говорит вам о том, как будет выглядеть отклик системы. Например, сколько перерегулирования и звона вы можете ожидать из-за переходных процессов нагрузки. Он также может сказать вам, можно ли добиться большей производительности за счет увеличения полосы пропускания контура (поскольку запас по фазе высок).

Обычно многие проектировщики используют 45 градусов в качестве абсолютного минимально допустимого запаса по фазе по сравнению с допусками компонентов и т. д. и 60 градусов в качестве типичного целевого значения.

Запас усиления также важен, но он не дает столько информации о реакции системы. Он говорит вам, с каким изменением усиления системы вы можете мириться, прежде чем система станет нестабильной. Типичная цель может быть 12 дБ.

Типичный подход к проектированию заключается в использовании модели для расчета компенсации, ориентированной на определенный запас по фазе. Затем смоделируйте, возможно, используя методы Монте-Карло, убедившись, что вы соблюдаете минимальный запас по фазе и разумный запас по усилению. Если какой-либо из них выключен, повторите дизайн. Наконец, измерьте ответ в лаборатории, чтобы убедиться, что он коррелирует.

В общем, для всех систем с обратной связью запас по фазе более важен (более критичен), чем запас по усилению. Объяснение относительно простое: запас по фазе (соответственно, запас по усилению) дает вам дополнительный (нежелательный) фазовый сдвиг (соответственно, дополнительный коэффициент усиления), который приведет замкнутый контур в область нестабильности.

И вероятность того, что где-либо в контуре обратной связи возникнет дополнительный (скрытый) фазовый сдвиг (например, из-за неизвестных емкостных эффектов), намного выше, чем вероятность любого нежелательного увеличения усиления. Следовательно, запас по фазе является гораздо более важным показателем стабильности, чем запас по усилению.