Einfluss des Ausgangskondensators auf die Regelkreisstabilität eines Netzteils

In einem Schaltnetzteil werden die Ausgangskondensatoren in der Regel aufgrund der Anforderungen an die Ausgangsspannungswelligkeit und das Einschwingverhalten ausgewählt. Sie spielen jedoch auch eine wichtige Rolle für die Stabilität des Regelkreises des Wandlers.

Da die Ausgangskondensatoren Teil der Leistungsstufe sind, erscheinen Parameter wie ihre Kapazität und ihr ESR (äquivalenter Serienwiderstand) in die Streckenübertragungsfunktion des Regelsystems. Ist der Kompensator einmal so ausgelegt, dass er die Regelschleife für ein bestimmtes Streckenverhalten stabilisiert, werden Änderungen an den Ausgangskondensatoren den Frequenzgang der Strecke und damit auch die Open-Loop-Übertragungsfunktion, anhand derer die Stabilität untersucht wird, neu gestalten. Die möglichen Folgen können von einer bloßen Verschlechterung des Einschwingverhaltens bis hin zur völligen Instabilität im ungünstigten Fall reichen. Daher ist es wichtig, die Stabilität der Rückkopplungsschleife immer dann neu zu bewerten, wenn Änderungen an den Ausgangskondensatoren vorgenommen werden.

In dieser Application Note wird die Rolle der Parameter der Ausgangskondensatoren auf die Streckenübertragungsfunktion eines Abwärtswandlers mit Voltage Mode Regelung untersucht. Die Analyse wird durch experimentelle Ergebnisse an einem DC/DC-Wandler-Prototyp unterstützt, die zeigen, dass selbst kleine Parameteränderungen ausreichen können, um die Stabilität des Regelkreises zu beeinträchtigen, wodurch eine Neuauslegung des Kompensators erforderlich wird.

Paremeter der Ausgangskondensatoren in der Streckenübertragungsfunktion des Netzteils
Einfluss von Kapazitäts- und ESR-Änderungen auf die Stabilität des Regelkreises
Fallbeispiel: hinzufügen/entfernen eines Bulk-kondensators
Fallbeispiel: gleiche Kapazität, geänderter ESR
Stabilität für verschiedene Ausgangskondensatoren ohne Neuauslegung des Reglers?
Experimentelle Ergebnisse in einem realen DC/DC-Wandler

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