Do mạch Buck dùng cơ chế hồi tiếp âm để giữ điện áp ngõ ổn định với sự thay đổi của tải, do đó mạch bù phải được thiết kế để giữ ổn định tại ngõ ra.
Mạch bù trong luận văn này được thiết kế theo Type III.
Hình 3.7 chỉ sơ đồ khối của mạch dùng để phân tích tín hiệu nhỏ trên phần mềm Orcad. Ngõ ra AC của opamp bị chặn bởi LoL, nhưng nó sẽ cho tín hiệu DC đi qua để tạo điểm phân cực đúng.
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý của mạch Buck. Vị trí 2 pole ở tầng công suất:
𝐹0 = 1
2𝜋√𝐿𝐶 = 1
2𝜋√10.10−6.10.10−6 = 15.9 Khz (3.11) Vị trí của ESR zero
𝐹𝑒𝑠𝑟 = 1
2𝜋𝐶𝑅𝑐 = 1
2𝜋.10.10−6.10.10−3 = 1.59 Mhz (3.12) Theo [1] ta chọn bù kiểu III cho mạch:
38
• Đặt 1 cặp zero tại tần số cộng hưởng của bộ lọc LC
• Đặt 1 pole tại ESR zero, nếu ESR zero này nằm tại tần số cao thì có thể đặt tại phân nữa tần số đóng mở.
Từ thông số của điện áp ngõ ra 1.5v và điện áp tham chiếu 0.8V, dòng DC 5uA ta tính được giá trị của điện trở 𝑅𝑙𝑜𝑤𝑒𝑟 và 𝑅𝑢𝑝𝑝𝑒𝑟 :
𝑅𝑙𝑜𝑤𝑒𝑟 = 0.8
5.10−6 = 150 kΩ (3.13) 𝑅𝑢𝑝𝑝𝑒𝑟 = 1.5−0.8
5.10−6 = 140 kΩ (3.14) Để loại bỏ ảnh hưởng của cặp cực tại bộ lọc LC, chúng ta đặt 1 cặp zero tại vị trí 15.9 Khz. Khi đó 1 zero đặt tại vị trí 15.9khz, Zero còn lại đặt ở 14khz sẽ giúp tăng độ ổn định của mạch Buck khi lái tải nhỏ.
Vị trí của 2 pole còn lại thì đặt ở 500khz
Hình 3.8 Mô phỏng phase margin của mạch Buck
Các giá trị của tụ và trở cho mạch bù lần lượt được tính bởi công thức dưới đây: 𝐶2 = 1 2𝜋.𝑓𝑝1.𝑅2 = 0.77pF (3.15) 𝐶1 = 1 2𝜋.𝑓𝑧2.𝑅2 = 25.6 pF (3.16) 𝐶3 = 1 2𝜋.15.9𝑘.138k = 71.5 pF (3.17) 𝑅3 = 1 2𝜋.500𝑘.71.5pF = 4.45 kΩ (3.18) a= 𝑓𝑐4 + 𝑓𝑐2. 𝑓𝑧12 + 𝑓𝑐2. 𝑓𝑧22 + 𝑓𝑧12. 𝑓𝑧22 (3.19) c= 𝑓𝑝22. 𝑓𝑝12 + 𝑓𝑐2. 𝑓𝑝22 + 𝑓𝑐2. 𝑓𝑝12 + 𝑓𝑐4 (3.20)
39
𝑅2 = √𝑐/𝑎 .G .fc .𝑅3
𝑓𝑝1 = 412.6 kΩ (3.21) Sau khi mô phỏng AC và chọn các giá trị tụ và trở để đạt được phase margin là 54 độ, khi đó dung mô phỏng transient bằng phần mềm cadence virtuoso với công cụ mô phỏng spectre để kiểm tra lại mạch có thể hoạt động ổn định, từ hình 3.9 ta thấy khi dòng tải giảm từ 450mA xuống 300mA thì điện áp ngõ ra bị vọt áp =20.1mV. Ngược lại khi dòng tải tăng trở lại thì sụt áp =20.3mV
Hình 3.9 Đáp ứng theo thời gian của mạch Buck khi dòng tải thay đổi