Power-Tipp Spannungsversorgung mit unterschiedlicher Kompensation testen

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Analog Devices LTD

ABM Asset and Business Management AG

RECOM Power GmbH

Spannungsversorgungen sollen eine feste Ausgangsspannung erzeugen. Um die Regelschleife eines Spannungswandlers zu optimieren, werden Kompensationskomponenten verwendet. Dieser Power-Tipp zeigt, wie sich in kürzester Zeit unterschiedliche Kompensationseinstellungen ausprobieren lassen.

Die Ausgangsspannung einer Spannungsversorgung darf nicht oszillieren und soll bei Lasttransienten sowie bei Veränderungen der Eingangsspannung konstant bleiben. Um die Regelschleife eines getakteten Spannungswandlers zu optimieren, sind bei vielen Spannungsversorgungs-ICs Kompensationspins vorhanden.

Diese können mit entsprechenden Kompensationskomponenten – Kapazitäten und Widerständen – so beschaltet werden, dass die höchste Regelbandbreite bei sichergestellter Regelschleifenstabilität erreicht wird. Eine Regelschleife muss deshalb eingestellt werden, weil die Kompensation je nach Einsatzbedingung und Auswahl der externen Bauteile im Leistungspfad unterschiedlich ausgeführt werden muss.

Bild 1 zeigt einen abwärtswandelnden Buck-Regler mit dem entsprechenden Kompensationspin V_c.

Wahl der Kompensationskomponenten

Die Kompensationskomponenten lassen sich mit entsprechenden Berechungs- und Simulationsprogrammen wie LTpowerCAD und LTspice auswählen. Jedoch spielen auch die parasitären Effekte des Platinenlayouts eine gewisse Rolle. Somit sollte eine Spannungsversorgung immer auch in Hardware überprüft werden. Hier wird die Auswahl der Kompensationskomponenten endgültig überprüft und bestätigt.

Beim Entwurf einer Spannungsversorgung ist dieser Schritt zeitaufwändig. Es muss eine Bodediagramm oder eine Lasttransientenmessung beispielsweise mit dem LTpowerAnalyzer durchgeführt werden. Wenn das Ergebnis nicht den Entwurfszielen entspricht, muss optimiert werden. Dazu werden die Kompensationskomponenten ausgelötet und durch andere Werte ersetzt. Das ist ein mühsamer und zeitintensiver Prozess.

Bild 2 zeigt eine bei Analog Devices erhältliche Platine, welche ‚compensation probe‘ genannt wird. Diese Karte kann mit den Lötkontakten auf der rechten Seite an den Kompensationspin sowie an den Massepin einer beliebigen Spannungsversorgung angeschlossen werden.

Die Platine ersetzt also die Kompensationskomponenten im roten Rechteck in Bild 1. An der linken Seite wird die Platine mit einem USB-Kabel an einen PC angeschlossen.

Werte der Kompensationskomponenten durchtesten

Nach dem Anschließen der Hardware wird die kostenfreie Software zum LTpowerAnalyzer gestartet. In ihr wird in einer grafischen Benutzeroberfläche in kürzester Zeit zwischen unterschiedlichen Werten der Kompensationkomponenten umgeschaltet. Kombiniert mit dem LTpowerAnalyzer können darauffolgend Bodediagramme erstellt und Lasttransiententests bei unterschiedlichen Kompensationseinstellungen ausgeführt werden.

In Bild 3 ist die Softwareoberfläche des EVAL-Boards LTPA-COMPRB (Compensation Probe) gezeigt. Hier können Einstellungen von Widerstandswerten zwischen 511 Ω und 100 kΩ und Kondensatorwerte zwischen 5 pF und 39 nF ausgewählt werden. Der interne Serienwiderstand des Kondensators wird ebenfalls angezeigt und mitberücksichtigt. Wenn diese Kompensationsplatine mit nur kurzen Verbindungsleitungen an die Masseverbindung des zu testenden Spannungswandler-ICs sowie an den Kompensationspin angebunden wird, können verschiedene Kompensationsbauteilewerte präzise, einfach und schnell ausgewählt werden.

Die Regelschleifenstabilität einer Spannungsversorgung zu überprüfen und zu optimieren ist mit einer „Compensation Probe“ wie dem EVAL-LTPA-COMPRB nicht nur einfach sondern auch sehr effizient. In kürzester Zeit lassen sich unterschiedliche Kompensationseinstellungen ausprobieren. Dies schafft nicht nur bessere Spannungsversorgungen, sondern ermöglicht auch den Enwurf in kürzerer Zeit. (kr)

* Frederik Dostal ist Field Application Engineer für Power Management bei Analog Devices in München.

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