摘要： 在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性與高效性對(duì)于其性能表現(xiàn)具有決定性意義。ASP3605 作為一款高效同步降壓轉(zhuǎn)換器，具備多種調(diào)節(jié)功能，為電源性能優(yōu)化提供了廣闊空間。本文聚焦于 ASP3605 的 ITH 管腳調(diào)試，深入探討其對(duì)電源性能的多方面影響，并通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論分析，提出一套系統(tǒng)性的優(yōu)化策略，旨在確保電源轉(zhuǎn)換器在不同工作條件下均能達(dá)到穩(wěn)定、高效的性能要求，為電源設(shè)計(jì)工程師提供可靠的設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：電源設(shè)計(jì)；ASP3605；ITH 管腳；性能優(yōu)化；調(diào)試

一、引言

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，電源轉(zhuǎn)換器的性能直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和能效表現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于電源轉(zhuǎn)換器的要求也在不斷提高，尤其是在數(shù)據(jù)中心、通信基站、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備以及消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，需要電源轉(zhuǎn)換器能夠在各種復(fù)雜的工作條件下提供穩(wěn)定且高效的電能輸出。因此，如何對(duì)電源芯片進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足日益增長(zhǎng)的性能需求，成為電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要課題。

ASP3605 是國(guó)科安芯推出的一款高效同步降壓轉(zhuǎn)換器，憑借其多種調(diào)節(jié)選項(xiàng)和高性能特點(diǎn)，為電源設(shè)計(jì)工程師提供了實(shí)現(xiàn)電源性能優(yōu)化的有力工具。其中，ITH 管腳作為控制回路中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其調(diào)試對(duì)于電源轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)等性能指標(biāo)至關(guān)重要。本文將深入研究 ASP3605 的 ITH 管腳調(diào)試方法，并探討如何通過(guò)合理配置 ITH 管腳的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換器性能的優(yōu)化與改進(jìn)。

二、ASP3605 電源芯片概述

（一）芯片基本特性

ASP3605 是一款高效同步降壓轉(zhuǎn)換器，具有以下主要特性：

寬輸入電壓范圍 ：適用于多種電源輸入場(chǎng)景，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

高效率 ：采用同步整流技術(shù)，能夠在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，有助于提高電源系統(tǒng)的整體能效。

多種調(diào)節(jié)選項(xiàng) ：提供豐富的調(diào)節(jié)功能，包括 ITH 管腳的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，為電源性能優(yōu)化提供了靈活性。

（二）芯片內(nèi)部架構(gòu)

從內(nèi)部架構(gòu)來(lái)看，ASP3605 包括以下幾個(gè)關(guān)鍵部分：

誤差放大器 ：用于檢測(cè)輸出電壓與參考電壓之間的偏差，并將偏差信號(hào)放大后輸出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。

電流比較器 ：與誤差放大器輸出相連，用于比較誤差放大器輸出信號(hào)與電流采樣信號(hào)，以控制功率 MOSFET 的開關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電流模式控制。

ITH 管腳 ：作為誤差放大器輸出和開關(guān)調(diào)節(jié)器補(bǔ)償點(diǎn)，是控制回路中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整 ITH 管腳上的電壓或接入外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)控制回路的特性進(jìn)行優(yōu)化，從而影響電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓定位、瞬態(tài)響應(yīng)和開關(guān)頻率等性能參數(shù)。

三、ITH 管腳的功能與作用

（一）對(duì)輸出電壓定位的影響

ITH 管腳電壓與輸出電壓之間存在一定的關(guān)系，通過(guò)改變 ITH 管腳電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源輸出電壓的微調(diào)。例如，在輕載條件下，適當(dāng)降低 ITH 電壓可以使輸出電壓略微降低，以減少開關(guān)頻率，提高效率；而在重載條件下，適當(dāng)提高 ITH 電壓可以增加輸出電壓，確保在負(fù)載變化時(shí)有足夠的電流響應(yīng)，維持輸出電壓的穩(wěn)定。

（二）對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)的影響

瞬態(tài)響應(yīng)是指電源轉(zhuǎn)換器在負(fù)載突變時(shí)，輸出電壓能夠快速恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。ITH 管腳的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)置控制回路的主極點(diǎn)和零點(diǎn)，從而影響控制回路的帶寬和相位裕度。合理設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，使電源轉(zhuǎn)換器在負(fù)載變化時(shí)能夠更快地響應(yīng)，并減少輸出電壓的過(guò)沖和欠沖現(xiàn)象，提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（三）對(duì)開關(guān)頻率的影響

開關(guān)頻率是電源轉(zhuǎn)換器的重要參數(shù)之一，影響著電源的效率、電磁干擾以及元件尺寸等因素。ITH 管腳電壓的變化會(huì)影響電流比較器的觸發(fā)閾值，進(jìn)而改變開關(guān)頻率。通過(guò)調(diào)整 ITH 管腳電壓，可以在一定程度上優(yōu)化開關(guān)頻率，以滿足電源系統(tǒng)對(duì)于效率和電磁兼容性的要求。

四、ITH 管腳的補(bǔ)償方式

（一）內(nèi)部補(bǔ)償

工作原理 ：當(dāng)將 ITH 管腳連接到 INTVCC 時(shí)，激活內(nèi)部補(bǔ)償電路。內(nèi)部補(bǔ)償電路是一個(gè)固定的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其參數(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，適用于基本的應(yīng)用場(chǎng)景。

性能特點(diǎn) ：在內(nèi)部補(bǔ)償模式下，輸出電壓具有一定的負(fù)載調(diào)整率，即在無(wú)負(fù)載時(shí)輸出電壓比標(biāo)稱值高出 1.5%，在滿載時(shí)比標(biāo)稱值低 1.5%。這種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，無(wú)需額外的外部元件，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本。然而，其局限性在于無(wú)法滿足對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)要求較高的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景。

（二）外部補(bǔ)償

工作原理 ：通過(guò)在 ITH 管腳和地之間連接外部電阻和電容，可以構(gòu)成外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。這些外部元件與內(nèi)部的電路特性共同作用，對(duì)控制回路的特性進(jìn)行調(diào)整。

性能特點(diǎn) ：外部補(bǔ)償提供了更大的靈活性，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求和負(fù)載條件，精確地設(shè)置控制回路的主極點(diǎn)和零點(diǎn)，從而優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。例如，通過(guò)增加電阻值可以降低增益，減少過(guò)沖；減小電容值可以增加帶寬，改善瞬態(tài)響應(yīng)。然而，外部補(bǔ)償需要設(shè)計(jì)人員具備一定的電路分析和設(shè)計(jì)能力，以選擇合適的電阻和電容值，并且增加了電路的元件數(shù)量和成本。

五、ITH 調(diào)試步驟與方法

（一）確定負(fù)載條件

在進(jìn)行 ITH 調(diào)試之前，首先需要準(zhǔn)確確定電源轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的負(fù)載條件。這包括最大負(fù)載、最小負(fù)載以及常見的負(fù)載變化范圍等。了解負(fù)載條件對(duì)于選擇合適的補(bǔ)償方式和調(diào)整 ITH 管腳參數(shù)具有重要意義，因?yàn)椴煌呢?fù)載條件對(duì)電源轉(zhuǎn)換器的性能要求不同。

（二）選擇 ITH 補(bǔ)償方式

根據(jù)應(yīng)用需求和負(fù)載條件，選擇內(nèi)部補(bǔ)償或外部補(bǔ)償方式。如果應(yīng)用對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)要求不高，且負(fù)載變化較小，內(nèi)部補(bǔ)償可能已經(jīng)足夠，并且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低成本。然而，對(duì)于需要更優(yōu)瞬態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用，例如在快速負(fù)載變化的數(shù)字電路供電場(chǎng)景中，則需要采用外部補(bǔ)償方式，以通過(guò)外部元件優(yōu)化控制回路的特性，提高電源轉(zhuǎn)換器的性能。

（三）調(diào)整 ITH 電壓

輕載條件下的調(diào)整 ： 在輕載條件下，適當(dāng)降低 ITH 電壓可以減少開關(guān)頻率，從而降低開關(guān)損耗，提高電源轉(zhuǎn)換器的效率。但需要注意的是，降低 ITH 電壓不能過(guò)度，以免導(dǎo)致輸出電壓低于允許的范圍。

重載條件下的調(diào)整 ： 在重載條件下，增加 ITH 電壓可以確保電流比較器能夠及時(shí)觸發(fā)，提供足夠的電流響應(yīng)，維持輸出電壓的穩(wěn)定。然而，過(guò)高的 ITH 電壓可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)頻率過(guò)高，增加開關(guān)損耗和電磁干擾，因此需要在提高電流響應(yīng)能力和控制開關(guān)損耗之間進(jìn)行權(quán)衡。

（四）測(cè)量瞬態(tài)響應(yīng)

使用示波器等測(cè)試設(shè)備測(cè)量 ITH 管腳上的信號(hào)，觀察在負(fù)載變化時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)。重點(diǎn)關(guān)注輸出電壓的過(guò)沖、欠沖以及恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。如果瞬態(tài)響應(yīng)存在過(guò)沖或不穩(wěn)定的行為，說(shuō)明控制回路的參數(shù)需要進(jìn)一步調(diào)整。通過(guò)調(diào)整 ITH 管腳上的外部組件值，如改變電阻和電容的大小，可以優(yōu)化不同負(fù)載和輸出電容條件下的瞬態(tài)響應(yīng)。

（五）優(yōu)化最小導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間

確保在所有負(fù)載條件下都能滿足最小導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的要求，是保證電源轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件。過(guò)短的導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間可能導(dǎo)致開關(guān)器件無(wú)法正常工作，甚至引發(fā)故障。通過(guò)調(diào)整 ITH 設(shè)置，可以優(yōu)化控制回路，避免出現(xiàn)違反最小導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的情況，從而確保電源轉(zhuǎn)換器在各種負(fù)載條件下都能穩(wěn)定工作。

（六）效率考量

在調(diào)試過(guò)程中，密切關(guān)注電源轉(zhuǎn)換器的效率變化。效率是衡量電源性能的重要指標(biāo)之一，它不僅關(guān)系到能源的利用效率，還影響著電源的散熱設(shè)計(jì)和成本。在確保穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)的同時(shí)，盡量降低開關(guān)頻率以減少開關(guān)損耗，提高效率。此外，還需要考慮其他因素對(duì)效率的影響，如功率 MOSFET 的導(dǎo)通電阻、輸出電感的 DCR（直流電阻）以及輸出電容的 ESR（等效串聯(lián)電阻）等。

（七）熱管理

在調(diào)試過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控電源轉(zhuǎn)換器的溫度，確保在最大負(fù)載和最高環(huán)境溫度下，電源轉(zhuǎn)換器的溫度在安全范圍內(nèi)。溫度過(guò)高會(huì)影響電源轉(zhuǎn)換器的性能和可靠性，甚至可能導(dǎo)致器件損壞。為了實(shí)現(xiàn)有效的熱管理，可以采用散熱片、風(fēng)扇等散熱措施，并在設(shè)計(jì)階段合理選擇功率器件和布局，以減少熱阻和提高散熱效率。

（八）最終測(cè)試

完成 ITH 調(diào)試后，進(jìn)行全面的測(cè)試，包括效率、負(fù)載調(diào)整率、線性調(diào)整率、紋波等性能指標(biāo)的測(cè)試，以確保電源轉(zhuǎn)換器在所有工作條件下都能達(dá)到最佳性能。這些測(cè)試可以幫助驗(yàn)證調(diào)試過(guò)程中的調(diào)整是否合理，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，為最終產(chǎn)品的可靠性提供保障。

六、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證上述 ITH 調(diào)試方法的有效性，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建如下：

電源輸入 ：采用穩(wěn)定的直流電源作為輸入，模擬不同的輸入電壓條件。

負(fù)載條件 ：使用可編程電子負(fù)載，能夠精確控制負(fù)載電流的大小和變化率，以模擬實(shí)際應(yīng)用中的負(fù)載條件。

測(cè)量設(shè)備 ：采用高性能示波器、功率分析儀等設(shè)備，對(duì)電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓、電流、效率、紋波等參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量。

通過(guò)對(duì) ASP3605 電源芯片的 ITH 管腳調(diào)試進(jìn)行深入研究，提出了一套系統(tǒng)的性能優(yōu)化與改進(jìn)思路，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。在實(shí)際的電源設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求和負(fù)載條件，靈活選擇內(nèi)部補(bǔ)償或外部補(bǔ)償方式，并按照調(diào)試步驟對(duì) ITH 管腳進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)定性、瞬態(tài)響應(yīng)、效率和熱管理等方面的綜合性能提升。

然而，電源設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到多個(gè)方面的因素和相互影響。在今后的研究中，可以進(jìn)一步探索更先進(jìn)的控制算法和補(bǔ)償技術(shù)，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的電源性能需求。同時(shí)，還可以結(jié)合仿真工具和建模方法，在設(shè)計(jì)階段更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換器的性能，降低設(shè)計(jì)成本和提高設(shè)計(jì)效率。此外，隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型功率器件的應(yīng)用也將為電源性能優(yōu)化帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，值得進(jìn)一步深入研究和探索。

審核編輯 黃宇