주파수 응답 특성 그래프 튜닝 방식

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안녕하세요, 제어쟁이입니다. 답변이 너무 늦어서 죄송합니다 ㅠㅠ 알림을 놓쳤네요.

답변드리겠습니다.

TPS54360은 전류모드 제어 방식의 벅 컨버터라서, 출력전압을 FB 핀으로 피드백 받고 내부 기준전압 0.8V와 비교합니다. 출력전압이 떨어지면 FB 전압도 낮아지고, 오차증폭기 출력인 COMP 전압이 올라갑니다. 이 COMP 전압이 내부 전류제어 루프에서 “인덕터 피크 전류를 어디까지 허용할지”를 정하기 때문에, 결과적으로 스위치 ON 시간이 길어지고 Duty가 증가하면서 출력전압이 다시 회복됩니다.

여기서 안정도를 잡기 위해 COMP 핀에 Type 2A 보상회로를 붙입니다. 단순히 아무 커패시터나 저항을 바꾸는 게 아니라, 먼저 출력 커패시터와 부하 조건으로 파워스테이지의 pole/zero를 계산하고, 그에 맞춰 보상 저항과 커패시터 값을 정합니다.

강의자료 기준으로는 12V 출력, Iout 2A, Cout 약 37uF, ESR 5mΩ, fsw 약 550kHz 조건에서 파워스테이지 pole은 약 717Hz, ESR zero는 약 861kHz 정도로 계산됩니다. 이후 crossover frequency를 약 14kHz 정도로 잡고, Type 2A 보상회로의 R56은 약 11.7kΩ → 12kΩ, 보상 zero용 커패시터는 약 19nF → 22nF, 고주파 pole용 커패시터는 약 50pF → 47pF 정도로 선정한 것입니다.

즉, 보상 zero를 파워스테이지 pole 근처에 배치해서 위상 지연을 보상하고, 고주파 pole로 스위칭 노이즈 영역의 이득을 낮추는 방식입니다. 그래서 TI 툴의 주파수 응답 그래프에서 보상 전에는 위상여유가 부족하지만, Type 2A 보상 후에는 0dB crossover 지점에서 약 30도 정도의 위상여유가 확보되어 안정하다고 판단한 것입니다.

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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. Jeremy Ham님.

주파수 응답 특성 그래프에서 위상 여유를 30도로 맞추는 과정은 일반적으로 주파수 보상 및 안정성을 확보하기 위한 중요한 부분입니다. 특히, TYPE 2A와 같은 보상 회로에서 커패시터와 저항 값을 조정하는 것은 안정화 프로세스에 필수적입니다. 이를 통해 원하는 위상 여유를 확보하고, 시스템의 안정성을 높일 수 있습니다.

주파수 응답 특성 및 안정화 과정:

1. 위상 여유(Phase Margin): 위상 여유는 클로즈드 루프 시스템의 안정성을 나타내는 지표 중 하나입니다. 일반적으로 위상 여유가 30도 이상인 경우 안정적인 시스템으로 간주됩니다. 위상 여유는 회로의 커패시터© 및 저항® 값을 조정하여 변경할 수 있습니다.

2. TYPE 2A 보상 회로:

   • 저항값 조절: 저항 값을 변경하면 주파수 응답 곡선의 크로스오버 빈도와 위상 여유에 영향을 미칠 수 있습니다.
     
   • 커패시터 조절: 커패시터 값은 시스템의 주파수 응답에서 특정 주파수를 필터링하거나 위상을 변경하는 데 사용됩니다.
     

3. 튜닝 전략:

   • 시뮬레이션 사용: TI의 시뮬레이션 툴 또는 다른 SPICE 기반 소프트웨어를 사용하여 다양한 R, C 값 조합을 입력하고 주파수 응답을 검토할 수 있습니다.
     
   • 실험적 조정: 실제 회로의 반응을 모니터링하면서 필요한 조정을 하여 성능을 검증합니다.
     

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- 전동킥보드로 배우는 임베디드 실전 프로젝트 - 주파수 응답 설계

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